谁家的量子计算机最强-

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#111723#在打造商用量子盘算机的赛场上，离子阱体系正蓄势待发。
一项始终以来被视为二军的量子盘算机制作技巧正在翻身。量子盘算在从前十年里从学术研讨工具酿成了至公司青眼的名目，而各人的眼光都聚焦在统一个方式上：微型的超导线圈。包含IBM和英特尔（Intel）在内的科技巨子都抉择了这个计划。谷歌（Google）2019年推出了一台超导盘算机，并声称它实现了“量子优胜性”：初次履行了一项经典盘算机做不到的盘算。不外，在通向贸易量子盘算机的途径上，别的一项技巧正蓄势待发：用电场软禁离子。
2020年终，科技制作企业霍尼韦尔（Honeywell）在十多年的冷静研发后，初次推出了一台用离子阱作为量子比特（qubit）基本的量子盘算机。总部位于美国北卡罗莱纳州的霍尼韦尔是寰球首个实验这一起线的公司。10月，也就是开辟胜利以后的7个月，霍尼韦尔展现了一台进级版的盘算机，并已打算好怎样扩展其范围。
未几前，马里兰大学的衍生公司IonQ颁布了一台离子阱盘算机，或能到达IBM与谷歌的盘算机的程度，不外IonQ尚未公然其运算才能的细节。更小的一些始创公司——比方英国的Universal量子公司和奥天时的Alpine量子技巧公司——也在为离子阱名目吸引资金。
离子阱量子盘算机并不是新技巧：1995年的第一个基础量子线圈外面的量子比特就是基于这项技巧，这可比超导线圈早多了。然而将它组装成可行的商用体系“仿佛当初才开端井喷”，美国国度尺度技巧研讨所（NIST）的量子物理学家Daniel Slichter说。

“人们当初会在统一句话外面说出‘超导’和‘离子阱’，而哪怕五年前都不会有人这么说。”马里兰大学的物理学家Chris Monroe说。他参加过1995年的试验，同时也是IonQ的开创人之一。量子盘算尚处襁褓当中，固然各至公司都竞相声称本人的量子盘算机是最早进的（拜见“谁的最强？”），但当初探究哪种硬件会终究胜出依然为时过早——乃至到最后也纷歧定会有压服性的成功者。各至公司所用技巧的多样性让量子盘算范畴变得比之前更宽了。
大范围盘算
经典盘算机用1和0贮存信息，而量子比特处于1和0的某种奥妙的胶葛态。通适量子景象和量子胶葛，多个量子比特的状况能够相互关系。因为量子比特的量子态之间能够停止稳定型的干预，因而量子盘算机在履行某些大范围盘算时，能够到达比最好的经典盘算机快指数级的倍率。此中的一个利用就是质因数剖析。
任何有着两个可能的量子态的体系——比方超导线圈中的振荡或是离子的能级——便可以形成一个量子比特，然而全部硬件实现都有其利害，而且在构成完全的量子盘算机前会碰到一些基本性的困难。可能让量子盘算表现出预期上风的盘算机须要——用质因数剖析举例的话——几百万个能够独自操控的量子比特。而数目并不是独一的成绩：量子比特的品质和量子比特间怎样衔接一样主要。
奥妙的量子比特及其运算会因噪声而犯错，相连的量子比特越多犯错几率越大。假如想要几百万个量子比特一同盘算，那末每个量子比特的毛病率都必需小到足以通过“纠错”流程来检测和修复。不外，物理学家也盼望有必定噪声的较小体系能在近期投入适用。
谁的最强？
各大试验室曾经为谁能做出量子比特数最多的量子盘算机竞争良久了。然而，竞赛谁家的盘算机“最强盛”意思不大，赫尔辛基大学的量子物理学家Sabrina Maniscalco说，“权衡表示的尺度有良多。”
2020年6月，美国技巧公司霍尼韦尔声称造出了天下上在“量子体积”（quantum volume）上最强盛的量子盘算机。这么说是斟酌了体系的量子比特数、连通性、噪声和毛病率，这也表现了盘算性能够敷衍多庞杂的成绩。这台盘算机的量子体积是64，比事先IBM最强的盘算机多了一倍。量子体积比纯真的量子比特数更合适用来比拟，但依然是比拟粗的评估尺度，Maniscalco说。
头仇家比拟是另一种比拟盘算机之间绝对强度的方式，但这类方式也不是全部时间都好用，由于盘算机的表示取决于成绩自身，美国国度迷信基金会的盘算机迷信学部担任人Margaret Martonosi说。假如不晓得要害的特征在增大范围时会怎样变更，那末原型机的表示就没法表现完全盘算机的才能。
不管应用哪个评估尺度，公司都应该在宣扬时慎之又慎，住在加利福尼亚州的盘算机迷信家Doug Finke说。他经营着一家追踪业界消息的网站，该网站名为“量子盘算讲演”（Quantum Computing Report）。霍尼韦尔所谓本人的盘算机最强的说法并不成熟，由于应用量子体积的开辟者并未几，他说。另外，就在10月，马里兰大学相干的IonQ初次正式应用了这一尺度，而且他们说最新的盘算机预期会有400万的量子体积。假如证据确实，就会攻破霍尼韦尔的记载。
另一个权衡量子盘算性能力的尺度是是否在特定成绩上克服经典盘算机——2019年谷歌用一台54个量子比特的盘算机实现了这个超出。对Finke来讲，在一个有贸易代价的成绩上实现这类“量子优胜性”才是“评估量子盘算机能否胜利的真正尺度”。
有益有弊
在从前的几年里，超导线圈技巧突飞大进，几乎就要把离子阱技巧打入冷宫。谷歌和IBM等公司曾经开辟出了大概50多个高品质量子比特的盘算机。IBM的目的是在2023年具有一台1000个量子比特的盘算机。加州大学圣巴巴拉分校的量子物理学家John Martinis在2020年4月前始终是谷歌量子硬件部分的担任人，他以为谷歌会持续应用实现量子优胜性的盘算机基础架构来实现下一个里程碑：量子纠错。
至今为止，超导量子比特的上风在于良多公司都很熟习，由于其基础元件与经典芯片技巧相容。然而离子阱的量子比特——通过电场软禁的单个带电原子的能级贮存信息——有良多内涵的上风，赫尔辛基大学的Sabrina Maniscalco说。它们的运算更不轻易犯错，而且单个离子的量子态会比超导量子比特的延续时光要长。究竟超导线圈再小也是由良多个原子形成的。另外，超导量子比特轻易只和近来的街坊互动，而离子阱能够和良多个其余离子互动，这就让履行庞杂盘算变得愈加轻易了，她说。
然而离子阱也有其成绩：离子之间的交互比超导量子比特要慢，而这在处置体系中发生的及时偏差上影响很大，美国量子软件公司Turing的开创人Michele Reilly说。另外，一个阱里能包容几多离子并让它们相互关系也有下限。IonQ最新的模子中包括了32个离子，排成一条链；用激光摘出此中任何两个都能让它们相互关系。为了让范围扩展到几百个量子比特，IonQ正在实验用光子衔接数个如许的离子链。IonQ的目的是每年让量子比特数更加。
与此同时，霍尼韦尔的打算是让离子在一个宏大的芯片上穿越挪动，以便让全部离子相互关系起来——这个主意最早是NIST在上世纪90年月提出的。霍尼韦尔量子处理计划（HQS）部分最新的体系叫做H1，只包括10个量子比特，然而部分的首席迷信家Patty Lee说该公司正在打造下一个版本。在接上去的五年里，团队的打算是将大概20个量子比特关系起来，这应该足以让他们的盘算机处理一些经典盘算机望尘莫及的成绩，HQS总裁Tony Uttley说。
重要的挑衅在于同时把持几十个乃至上百个量子比特，并保障其品质和准确度——霍尼韦尔和IonQ尚未证实本人有才能做到这件事。固然良多必须的元件都曾经成熟，然而“还须要体系层面上的集成计划：组装，测试，并处理成绩。”荷兰代尔夫特理工大学的实践物理学家Barbara Terhal说。
胜者仍未决出
离子阱盘算机并不是独一一种能吸引到大批投资的技巧。超导量子比特的胜利为良多技巧翻开了大门，Slichter说。这当中包含了硅基自旋量子比特，即便用硅晶体内嵌的原子的核自旋态贮存量子信息。为了实验这一技巧，Martinis应用6个月的学术休假于9月参加了澳大利亚的硅量子盘算公司——这是他在近二十年以后初次实验超导体系以外的技巧。Martinis并不介怀哪种技巧终究会胜出。“我盼望能为第一台量子盘算机的制作做出奉献，但并不强求是我或是我地点的公司制作的。”他说。
比赛还远远没到发布成功的时辰，Maniscalco说，可能永久也没法决出成功者。“可能并不会是某一个平台得胜，也许会呈现某种融会技巧，或是实用差别成绩的差别平台。”   义务编纂:tzh
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