照亮2021:进击的离子阱量子计算机

文章来源:光子盒(guangzihe) 作者:光子盒(guangzihe)
走进
离子阱量子计算机

2020年,离子阱量子计算机的研发驶上快车道,并一路高歌猛进,技术不断突破、产品不断迭代、量子体积(QV)的世界记录不断被打破……


2021年,离子阱量子计算机的研发依然保持了强劲的发展势头。


IonQ的首席执行官Peter Chapman对其离子阱量子计算机充满信心,并在近日公开表示:IonQ将在2021年演示模块化量子计算机。早前,IonQ推出了32个量子比特的离子阱量子计算机,其量子体积(QV)可达400万。


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(IonQ)


Peter Chapman认为,欲实现规模化量子计算机,需实现模块化和网络化。他表示,目前有两种有效的方法来制造更快、更强大的计算机:一是提高单个组件的性能,例如处理器的速度;二是模块化,增加组件数量,例如增加多个处理器,IBM的Summit超级计算机使用的是第二种方法。同样的两种方法也适用于量子计算机。IonQ、IBM、Google和其他公司正在开发更大更好的量子处理器(QPU),相当于传统计算中的CPU。 


但也有可能通过简单地建造更多的量子计算机并将其“联网”来实现规模化,就像我们今天在云上看到的那样。随着计算需求的增加,服务器的数量会不断增加来满足需求。如果你有一个100量子比特的QPU,而你的应用程序需要2000量子比特,这时候,你可以简单地将20个这样的QPU“联网”在一起,创建一个集群,作为一个更强大的量子计算机。 


在经典计算中,模块化通常会导致某种性能损失,或者金钱和时间方面的额外开销。但量子计算不存在这个问题。为了让多个量子计算机协同工作,就必须在QPU上纠缠量子比特。纠缠允许两个量子比特保持连接,这样在一个量子比特上执行的操作就会影响另一个量子比特,即使它们相隔很远。在量子比特纠缠之后,就不再关心量子比特的位置、距离或来源,这意味着在初始部署成本之后运行它们没有任何开销。 


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(IonQ量子计算机未来五年发展路线规划图)


去年11月份,IonQ发布了量子计算机未来五年发展路线规划图,公司计划在2023年之前,部署机架式模块化量子计算机,并在2025年实现“广泛的量子优势”。


在国内,启科量子早已启动“天算1号”离子阱量子计算项目,“天算1号”同样也是模块化量子计算机,该项目预计在2-3年内完成,技术指标可达到100个可操控量子比特以上,量子体积将达到亿级。公司2022年将启动离子-光子纠缠的分布式量子计算机研发,预计2023年实现分布式百比特量子计算机,2025年实现分布式千比特量子计算机。


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(天算1号)


在研发方面,清华大学交叉信息院金奇奂研究组,首次在离子阱系统中实现了超过一个小时的单量子比特相干时间,刷新了此前的纪录。


2021年,离子阱领域还有另一个重大消息——IonQ的首席科学家和联合创始人Chris Monroe加入杜克大学,并领导该校的量子中心。2020年11月,杜克大学宣布将扩建量子计算中心,新的杜克量子中心(DQC)将托管杜克的可扩展量子计算实验室(SQLab),该实验室是纠错通用可重构离子阱量子原型(EURIQA)的所在地。该中心预计将于2021年3月进入运行状态,成为由美国能源部1.15亿美元资助的五个新的量子研究中心之一。


杜克量子中心致力于制造离子阱量子计算机,目前其系统拥有20个量子比特,随着新中心的建设,团队将追求50个量子比特的系统,以及更小的外观。Monroe表示,杜克量子中心希望加快量子计算技术从实验室向市场的转移,并提高其可访问性,最终目标是“将量子计算机直接交到用户手中”。 


量子计算中心的主要价值在于它们能够解决复杂的优化问题,测试许多可能的解决方案,并最终收敛到一个答案。从这些应用中获益最大的领域包括人工智能、网络安全、化学、环境和金融系统。


2021年,期待离子阱量子计算机会给行业带来更多惊喜!


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