量子计算机有潜力推动从医学到制造业，再到我们生产材料的方式等各个领域的重大进步。
但是，虽然量子计算机可以帮助我们解决目前传统计算机无法解决的问题，但它们也更容易犯错误——主要是因为它们对环境中最小的变化非常敏感。
亚马逊于2019年推出了AWS量子计算中心，目标是加速量子计算技术和应用的发展。现在，该公司正在加州理工学院(Caltech)推出一个用于量子计算的新设施，其雄心勃勃的目标是建造一台“容错”量子计算机。团队将专注于开发更强大的量子计算硬件，并确定量子技术的新应用。
以下是他们可能会想到的五个挑战:
制造更多更好的量子比特
传统计算机使用位——通常表示为1或代码为0- - - - - -作为它们最基本的信息单位。bit可以是任何具有两种不同状态的东西。例如，一盏灯或开或关，一扇门或开或关。但是量子计算机使用量子比特(通常是电子或光子等基本粒子)来进行计算。与比特不同，量子比特可以被操纵以一种量子状态存在叠加，其中它们同时是1和0，以及介于两者之间的所有可能状态。这一点，再加上量子比特在量子状态下的其他一些同样令人费解的行为，使得量子计算机执行某些计算的效率比当前或未来的任何传统计算机都要高得多。AWS团队将用超导材料构建量子比特，比如在硅微芯片上制成电路的铝。这是因为制造这些量子比特的技术已经被充分理解，这使得以可重复的方式大规模生产更多的量子比特成为可能。
小声点
量子比特以量子状态存在的能力使量子计算机在执行某些计算时具有比传统计算机强大得多的潜力。但是保持量子比特处于这种状态——说得委婉点——是一个巨大的头痛。即使是它们所处环境中最微小的变化(量子科学家称之为“噪声”)，比如振动或热量，也能使它们脱离叠加态，导致它们丢失信息，变得更容易出错。构建成功量子计算机的关键在于控制这些错误。AWS将投资的一个领域是材料改进，以降低噪声，例如表面一次制备一层原子层的超导体，以最大限度地减少缺陷。
研发更大的量子计算机
构建量子计算机最具挑战性的方面之一是如何扩大它们的规模。为了超越传统计算机已经具备的能力，它们需要比目前的机器大得多。今天的量子计算机“嘈杂”且容易出错。量子研究人员的目标是将少量噪声量子位扩展到具有数百到数千个极低噪声量子位的机器。新的AWS设施包括团队推动量子研究和开发边界所需的一切，包括支持更大量子设备所需的技术，如保护设备免受热噪声影响的低温冷却系统，以及构建新形式量子电路所需的纳米级制造工具。
降低纠错成本
除了投资于降低噪音的创新之外，AWS还将致力于在量子计算硬件中构建纠错，使用冗余的物理量子比特集来形成所谓的“逻辑”量子比特，这些量子比特编码量子信息，可用于检测和纠正错误。以这种方式执行纠错通常是非常昂贵和资源密集型的，因为生成逻辑量子位需要大量的物理硬件。AWS正在研究如何通过设计更有效的方法在量子硬件中实现纠错来降低这些成本。
加快时钟
要建造一个有用的量子计算机，不仅仅是增加量子比特的数量。另一个重要的指标是计算机的时钟速度，或精确执行“量子门操作”所需的时间。(量子门本质上是量子电路的构建模块，量子电路是量子计算机进行计算的模型。)这就是超导量子比特的优势所在，因为它们可以更容易地加速量子门。随着AWS试图构建更好的量子比特，其成功的最终衡量标准将是在多大程度上加快时钟，同时减少量子门错误。
AWS量子计算中心
AWS量子计算中心汇集了来自亚马逊、加州理工学院和其他顶级学术研究机构的量子计算专家。该中心还为学生和年轻教师提供奖学金和培训机会，帮助支持未来的量子科学家。
该中心的最终目标是建立一种全新的计算机:容错量子机器能够在解决复杂问题所需的规模上执行超出常规计算技术所提供的任何精确计算，这些问题可能对我们所有人的生活和工作方式产生重大影响。
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