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      2. 一種完全不同的量子計算機:可像FPGA一樣設計,或將實現商業量子計算的飛躍

        2019-04-26 13:08:36 來源:EETOP


        世界上一些最大的IT公司正在進行量子計算機的研究,這并非偶然。特別是谷歌、IBM和Intel,它們有能力為各自的工作投入大量的資源,而且所有這些都在過去幾年中取得了令人矚目的進展。盡管大量的有關量子計算的報道都集中在這三家公司身上,但要判斷哪些公司將會主導這一新興市場還為時尚早。

        這主要是因為,到目前為止,對于哪種技術方法能夠使通用量子計算在商業上可行而沒有真正的共識。也就是說,IBM,谷歌和英特爾以及Rigetti都在構建各種固態量子處理器。雖然這種方法基于硅基半導體和大規模集成的數十年經驗,但該技術要求將芯片冷卻到接近絕對零度,并采用積極的糾錯技術來保持量子位的正常運行。
         

        這種固態方法的一個值得注意的例外是一個名為IonQ的啟動項目正在進行中,它使用懸浮在真空中的鐿原子將捕獲的離子用于其量子位。在這里,處理是通過使用激光束完成的,激光束應用于原子量子位元來存儲和檢索信息,執行邏輯操作,并將它們連接到特定的電路中。在最近與IonQ CEO和聯合創始人Chris Monroe的談話中,他告訴我們為什么他認為這種方法最有可能實現商業量子計算的飛躍。
         

        由于激光束受編程控制(使用傳統計算機),因此可以動態構建量子硬件,從而優化應用程序的電路布局。量子計算旨在應用于量子化學,物流,機器學習和密碼學等領域的各種優化問題,因此能夠像FPGA一樣設計硬件和軟件,是IonQ區別于其硬件競爭對手的另一種方式。這是IonQ區別于其硬件競爭對手的另一種方式。
         

        如果Monroe和他的公司能夠超越規模更大、資金更充足的競爭對手,那并不是因為IonQ的工程師是更好的量子物理學家。實際上,Monroe表示將處理器擴展到可以運行真實生產應用程序的挑戰并不需要更高質量的量子比特 - 原子在這方面表現得非常完美 - 而是更加精細的光學控制。這主要與減少激光噪聲和運動有關,這需要更好的工程,而不是新材料或突破性物理。
         

        IonQ目前運營三種設備。此時,他們最好的系統可以一次運行10或20個量子比特并運行數百個操作。在基準測試中,他們的平均單量子比特門保真度為99.5%,雙量子比特門保真度為97.5%,狀態準備和測量誤差僅為0.7%。這與任何固態量子器件迄今為止所能達到的一樣好或更好。Monroe表示,他們相信只需改進光學控制系統,就可以擴展到幾百個量子比特和數萬個操作,而無需任何糾錯。
         

        “從長遠來看,這可能不夠好,”他承認,“但我們將能夠解決一些有趣的問題。”他們的長期目標是建立能夠執行數百萬甚至數十億次操作的系統,為此,Monroe說他們確實必須采用糾錯措施。但據他說,這些系統每個可用的量子比特可能只需要10或20個量子比特,這比使用固態量子器件進行糾錯所需的數量級低幾個數量級。
         

        事實上,Monroe認為固態量子計算處理器是死路一條。如果他們無法改善這些系統目前所展示的百分之二的誤碼率,他認為需要太多的量子比特來進行糾錯,以便將少量的量子比特用于邏輯運算。這種方法的混淆問題是,由于量子位差異和串擾增加,誤碼率隨著更多量子位的增加而趨于上升,需要更多的糾錯量子位。“這是一個非常難以擴展的問題,”他說。
         

        IonQ需要趕上競爭對手的第三方可用性。IBM和谷歌,甚至是創業公司Rigetti,已經為研究人員甚至一些潛在的早期客戶提供了一些量子機器。IBM在這方面走得最遠,其商業Q網絡面向付費客戶,并吸引了少數幾家知名公司,如摩根大通三星和??松梨?。
         

        自2016年成立以來,IonQ及其35人的員工一直致力于構建測試和進一步完善的初始系統。到目前為止,戰略一直是將公司的所有資源用于盡快發展平臺,以免妨礙技術進步。Monroe表示,他們已經耗費了2000萬美元風險投資資金的三分之二到四分之三,以便在此期間推動技術發展。

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