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                一种完全不同的量子计算机:可像FPGA一样设计,或将实现商业量子计算的飞跃

                2019-04-26 13:08:36 来源:EETOP


                世界上一些最大的IT公司正在进行量子计算机的研究,这并非偶然。特别是谷歌、IBM和Intel,它们有能力为各自的工作投入大量的资源,而且所有这些都在过去几年中取得了令人瞩目的进展。尽管大量的有关量子计算的报道都集中在这三家公司身上,但要判断哪些公司将会主导这一新兴市场还为时尚早。

                这主要是因为,到目前为止,对于哪种技术方法能够使通用量子计算在商业上可行而没有真正的共识。也就是说,IBM,谷歌和英特尔以及Rigetti都在构建各种固态量子处理器。虽然这种方法基于硅基半导体和大规模集成的数十年经验,但该技术要求将芯片冷却到接近绝对零度,并采用积极的纠错技术来保持量子位的正常运行。
                 

                这种固态方法的一个值得注意的例外是一个名为IonQ的启动项目正在进行中,它使用悬浮在真空中的镱原子将捕获的离子用于其量子位。在这里,处理是通过使用激光束完成的,激光束应用于原子量子位元来存储和检索信息,执行逻辑操作,并将它们连接到特定的电路中。在最近与IonQ CEO和联合创始人Chris Monroe的谈话中,他告诉我们为什么他认为这种方法最有可能实现商业量子计算的飞跃。
                 

                由于激光束受编程控制(使用传统计算机),因此可以动态构建量子硬件,从而优化应用程序的电路布局。量子计算旨在应用于量子化学,物流,机器学习和密码学等领域的各种优化问题,因此能够像FPGA一样设计硬件和软件,是IonQ区别于其硬件竞争对手的另一种方式。这是IonQ区别于其硬件竞争对手的另一种方式。
                 

                如果Monroe和他的公司能够超越规模更大、资金更充足的竞争对手,那并不是因为IonQ的工程师是更好的量子物理学家。实际上,Monroe表示将处理器扩展到可以运行真实生产应用程序的挑战并不需要更高质量的量子比特 - 原子在这方面表现得非常完美 - 而是更加精细的光学控制。这主要与减少激光噪声和运动有关,这需要更好的工程,而不是新材料或突破性物理。
                 

                IonQ目前运营三种设备。此时,他们最好的系统可以一次运行10或20个量子比特并运行数百个操作。在基准测试中,他们的平均单量子比特门保真度为99.5%,双量子比特门保真度为97.5%,状态准备和测量误差仅为0.7%。这与任何固态量子器件迄今为止所能达到的一样好或更好。Monroe表示,他们相信只需改进光学控制系统,就可以扩展到几百个量子比特和数万个操作,而无需任何纠错。
                 

                “从长远来看,这可能不够好,”他承认,“但我们将能够解决一些有趣的问题。”他们的长期目标是建立能够执行数百万甚至数十亿次操作的系统,为此,Monroe说他们确实必须采用纠错措施。但据他说,这些系统每个可用的量子比特可能只需要10或20个量子比特,这比使用固态量子器件进行纠错所需的数量级低几个数量级。
                 

                事实上,Monroe认为固态量子计算处理器是死路一条。如果他们无法改善这些系统目前所展示的百分之二的误码率,他认为需要太多的量子比特来进行纠错,以便将少量的量子比特用于逻辑运算。这种方法的混淆问题是,由于量子位差异和串扰增加,误码率随着更多量子位的增加而趋于上升,需要更多的纠错量子位。“这是一个非常难以扩展的问题,”他说。
                 

                IonQ需要赶上竞争对手的第三方可用性。IBM和谷歌,甚至是创业公司Rigetti,已经为研究人员甚至一些潜在的早期客户提供了一些量子机器。IBM在这方面走得最远,其商业Q网络面向付费客户,并吸引了少数几家知名公司,如摩根大通三星和??松梨?。
                 

                自2016年成立以来,IonQ及其35人的员工一直致力于构建测试和进一步完善的初始系统。到目前为止,战略一直是将公司的所有资源用于尽快发展平台,以免妨碍技术进步。Monroe表示,他们已经耗费了2000万美元风险投资资金的三分之二到四分之三,以便在此期间推动技术发展。

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