巨頭們的固態(tài)量子計算處理器最終是死路一條？

量子計算正受到越來越多的關(guān)注，其中很重要的原因是科技巨頭們的推動。雷鋒網(wǎng)此前報道，今年CES上，IBM宣布推出IBM Q System One，這是世界上首個專為科學(xué)和商業(yè)用途設(shè)計的集成通用近似量子計算系統(tǒng)。不過，美國名為IonQ的公司聲稱其在構(gòu)建全球最好量子計算機解決全球最難問題，并有特別的量子計算商用方案，該公司CEO還認為固態(tài)量子計算處理器是死路一條。

全球最大的IT公司正在進行量子計算的研發(fā)并不是偶然的。特別是谷歌，IBM和英特爾有能力投入大量資源，而且在過去幾年中取得了令人矚目的進展。盡管大量關(guān)于量子計算的報道都圍繞上述三者，但要判斷誰會主導(dǎo)這個新興市場還為時尚早。

這是因為，IBM，谷歌和英特爾以及Rigetti（2013年在美國成立的研發(fā)量子計算處理器的公司，致力于量子計算的部署）都在開發(fā)各種固態(tài)量子處理器，但到目前為止，哪種通用量子計算技術(shù)在商業(yè)上可行還沒有達成共識。固態(tài)量子處理器基于數(shù)十年來硅和大規(guī)模集成的經(jīng)驗，但要求將芯片冷卻到接近絕對零度，并采用積極的糾錯技術(shù)來保持量子位的正常運行。

【 圖片來源：ionq  所有者：ionq 】

采用固態(tài)方法的一個例外是IonQ，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，用激光束完成處理。激光束用于原子量子位存儲和檢索信息，執(zhí)行邏輯運算，并將它們連接在一起構(gòu)成特定電路。nextplatform在最近與IonQ CEO兼聯(lián)合創(chuàng)始人Chris Monroe進行了采訪，他說出了為什么認為這種方法最有可能實現(xiàn)量子計算商用的飛躍。

鐿原子捕獲量子位【 圖片來源：ionq  所有者：ionq 】

由于激光束是可編程且控制（使用傳統(tǒng)計算機），因此可以根據(jù)應(yīng)用動態(tài)構(gòu)建量子硬件實現(xiàn)最優(yōu)化的電路布局。量子計算旨在提升或解決量子化學(xué)、物流、機器學(xué)習(xí)和密碼學(xué)等領(lǐng)域的問題，能夠以類FPGA的方式將硬件與軟件進行編碼，這也是IonQ區(qū)別于自己另一種硬件連接的方式。

激光控制【 圖片來源：ionq  所有者：ionq 】

如果Monroe和其公司能夠超越比他們規(guī)模更大，資金更充足的競爭對手，這將能不僅能說明IonQ的工程師是更好的量子物理學(xué)家。Monroe表示將處理器擴展到可以運行真實生產(chǎn)應(yīng)用程序的挑戰(zhàn)并不是需要更高質(zhì)量的量子比特（原子在這方面表現(xiàn)得非常完美），而是更加精細的光學(xué)控制。這主要與減少激光噪聲和移動有關(guān)，需要更好的工程能力，而不是新材料或突破性物理。

IonQ目前有三種設(shè)備，最好的系統(tǒng)可以一次運行10或20個量子比特并執(zhí)行數(shù)百個操作。在Benchmark中，他們的單量子比特門平均保真度為99.5%，雙量子比特門保真度平均為97.5%，狀態(tài)準備和測量誤差為0.7%。這與目前任何一個固態(tài)量子器件相比，水平相同或更好。Monroe表示，他們相信只需改進光學(xué)控制系統(tǒng)，就可以擴展到幾百個量子比特和數(shù)萬個操作，且無需任何糾錯。

“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(zhí)行數(shù)百萬甚至數(shù)十億次操作的系統(tǒng)，因此，Monroe也說他們確實需要采用糾錯措施。他還表示，這些系統(tǒng)每個可能只需要10或20個可用的量子比特，這比使用固態(tài)量子器件進行糾錯所需的量子比特低幾個數(shù)量級。

事實上，Monroe認為固態(tài)量子計算處理器是死路一條。如果他們無法改善這些系統(tǒng)中目前已經(jīng)展示出的2%的誤碼率，他認為這就需要太多的量子比特來進行糾錯，而只有少量的量子比特用于邏輯運算。這種方法的題在于，由于量子位差異和串?dāng)_增加，誤碼率也隨著量子位的增加而趨于上升，這就需要更多的糾錯量子位。“這是一個非常難的問題，”他說。

IonQ需要趕上競爭對手向第三方提供服務(wù)。IBM和谷歌，甚至是Rigetti，已經(jīng)為研究人員甚至一些潛在的早期客戶提供量子設(shè)備。IBM在這方面走得最遠，其商業(yè)Q 系統(tǒng)面向付費客戶，并吸引了少數(shù)幾家知名公司，如摩根大通、三星和埃克森美孚。

自2016年成立以來，IonQ及其35名員工一直致力于構(gòu)建、測試和進一步完善初始系統(tǒng)。到目前為止，他們一直將公司的所有資源用于盡快發(fā)展平臺，以免妨礙技術(shù)進步。Monroe表示，他們已經(jīng)花費了2000萬美元風(fēng)險投資資金的三分之二到四分之三，以推動技術(shù)發(fā)展。

IonQ也與學(xué)術(shù)界有一些合作伙伴關(guān)系，他們可以臨時訪問其系統(tǒng)，但Monroe表示，他們現(xiàn)在認識到需要讓他們的平臺更廣泛地向研究人員和商業(yè)組織公開，以便他們的系統(tǒng)可以有實際的用例。雖然目前還沒有任何官方消息，但Monroe表示正在制定計劃，并且暗示他們將在未來幾個月宣布一些重要的合作。

“人們正在敲門，希望進入這些系統(tǒng)，” Monroe說。雷鋒網(wǎng)

雷鋒網(wǎng)編譯，via nextplatform 

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