目前 Google、IBM 等量子运算(Quantum Computing)先驱莫不采用 Transmon 制造技术打造量子电脑(QC)。令人跌破眼镜的是,以空气清净机闻名于世的 Honeywell 宣布以全然不同的“离子阱”(Ion Trap)技术成功制造出量子电脑,预计今年稍晚透过微软 Azure 云端服务提供使用者存取。Honeywell 宣称,产品是迄今最强大的商用量子电脑。
多年来,专家致力开发各种可以运行量子算法的系统,但唯有兼顾易于操控或确保状态维持持久性等各种有用特性,才能打造出真正实用的量子运算解决方案。过去几年,许多公司找到如何制造大量固态量子位元(Solid-State Qubit)的方法,亦即 Transmon 制造技术,由于与现有芯片制造技术相似,因此新兴市场许多主要参与者(包括 Google、IBM 和 Rigetti)都选择采用 Transmon 技术。
但 Transmon 也不理想,因需要控制在超低温状态,技术虽然不错,却不擅长保持状态。除了 Transmon,尚有另一个受看好的“离子阱”技术,如今众所周知的国防工业承包商和材料供应商 Honeywell 便押注打造自家量子电脑,成为量子运算市场的新成员。
离子阱式 QC 只需液氦制冷,Transmon-based QC 需复杂的稀释制冷系统
Transmon 量子位元工作原理是让电流在连接到某谐振器(Resonator)的超导线回路循环流通,允许控制和读出电流状态。然而,超导线与谐振器都需要制造。此外,所有硬件都必须保持在极冷状态下(接近绝对零度),以便让相对较大的物体保持在量子基态下。
陷获离子(Trapped Ion)为这些挑战提供解决之道。实际的量子位元是由非常微量的原子形成(Honeywell 实例中只有两个原子)。Honeywell 量子解决方案总裁 Tony Uttley 强调,这彻底消除制造问题,因为每个单一装置都具备由所用原子(本例为镱 Ytterbium)定义的相同属性。“每个量子位元都有完美的开始,”Uttley 表示:“你引入的任何错误都是由于周围基础设施导致的错误。”
此外,透过激光便能让这么小的原子团簇(Atomic Cluster)保持冷却。尽管必须将环境保持在非常冷的状态,但不必达到 Transmon 所需的极端低温状态。在实际案例,透过激光冷却镱离子并不容易,所以 Honeywell 便在原有两个镱离子混入两个钡离子(Barium Ion),如此一来,冷却与控制更容易,环境只需保持在 12K(克耳文)工作温度下即可。这样的环境确实需要液态氦(Liquid Helium),但不需要 Google 和 IBM 硬件所需的复杂稀释制冷系统。
Honeywell 坚信此装置可快速扩展,并期望不根本性改变整体架构情况下,每年可增加额外量子位元。尽管与 Transmon 装置目前运算水准相比,4 个量子位元似乎仍差很远,但希望更迅速缩小差距。
与微软合作透过 Azure 存取,与摩根大通合作开发金融专用量子运算算法
Honeywell 宣布此产品为“世界效能最强大的量子电脑”,是依据 IBM 定义“量子体积”(Quantum Volume)效能指标下的测试结果。经实测证明,Honeywell 机器不需要增加更多量子位元(Google 及 IBM 机台拥有 10 倍以上量子位元)就拥有比竞争对手更高的“量子体积”效能表现。
再就扩展性问题来说,Uttley 表示,他希望未来 5 年能达成“量子体积”每年增加一个级数的目标,这表示每年必须增加 3~4 个量子位元。若以 5 年计算,届时将可达约 30 个量子位元,尽管如此,这也只有竞争对手的一半,更别提 Google 与 IBM 不但致力于降低错误率,并每隔几年就在机器增加几十个量子位元了。
若干年后,我们可能看到非常有趣的发展状况,就是 Honeywell 在“量子体积”有很大领先优势,基于 Transmon 硬件的竞争对手将持续拥有一个级数的更多量子位元。
Honeywell 已确定,大多数公司对建立运行自家液氦冷却系统所需的基础设施不感兴趣,所以允许客户透过云端界面存取量子电脑。Honeywell 已与微软合作,让客户能透过 Azure 云端服务存取系统。
Honeywell 并在实机展示的机器内建可与硬件无关的方式描述量子算法的 IBM 开放源代码工具 Quiskit。这也意味 Honeywell 可开发一套量子算法,然后选择在有所需功能(高连接性或高量子位元数)的任何系统运行,以达到所需的效能表现。Honeywell 另外宣布,金融巨头摩根大通(JPMorgan Chase)也是合作伙伴,共同探索将此系统应用至金融算法开发的可行性。
- New entry in commercial quantum computing, using entirely different tech
(首图来源:Honeywell)
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