商业离子阱量子计算机的快速发展 霍尼韦尔发布 10-qubit 商业系统

上周， 霍尼韦尔的量子解决方案部门发布了其第一台商用量子计算机：一个基于包含 10 个量子位的俘获离子的系统。H1，正如它所说的，实际上是该公司作为原型首次亮相的同一个离子阱芯片，但有四个额外的离子。该公司公布了一份路线图，称该路线图将迅速导致功能更强大的量子计算机。另外，位于马里兰州的初创公司IonQ是离子阱量子计算的竞争对手，上个月推出了一款32 量子比特的离子计算机。

离子阱量子计算机由芯片制成，这些芯片旨在使用专门设计的射频电磁场将离子捕获并保持在一条线上。该芯片还可以使用电场沿线移动特定离子。然后激光对离子的量子态进行编码以执行计算。支持者说，基于俘获离子的量子计算机很有吸引力，因为量子位被认为是更持久的，具有更高的保真度，并且可能比其他选项更容易连接在一起，从而实现更可靠的计算。

对于霍尼韦尔来说，这意味着系统是唯一能够执行“中间电路测量”（一种 if/then 的量子等价物），然后将测量的量子位循环回计算的系统，Patty Lee 说，霍尼韦尔量子解决方案首席科学家。这种区别允许不同种类的量子算法以及使用更少离子执行更复杂计算的能力。

两家公司都使用称为量子体积的值来衡量其系统的能力。洛杉矶南加州大学量子信息科学与技术中心主任 Daniel Lidar向IEEE Spectrum解释量子体积是这样的：

…… IBM 的团队将量子体积定义为宽度和深度相同的最大电路尺寸的 2 次方，该电路可以通过涉及随机两量子位门的特定可靠性测试。考虑到在这种情况下宽度和深度相等，电路的大小由基于量子比特数的宽度或基于门数的深度定义。

这意味着 6 量子位量子计算系统的量子体积为 2 的 6 次方或 64 次方——但前提是量子位相对没有噪声以及可能伴随此类噪声的潜在错误。

霍尼韦尔表示，其 10 量子位系统的实测量子体积为 128，是业内最高的。IonQ 早期的 11 量子比特原型的测量量子体积为 32。该公司声称，它的 32 离子系统理论上可以达到 400 万以上，但这尚未得到证实。

随着其商业系统的推出，霍尼韦尔宣布将使用订阅模式访问其计算机。客户会为使用系统的时间和参与度付费，即使系统全年都在扩展。霍尼韦尔量子解决方案总裁托尼·乌特利 (Tony Uttley) 表示：“想象一下，如果您拥有 Netflix，那么下周效果会提高一倍，而 3 个月后效果会提高 1000 倍。” “那将是一个非常酷的订阅。这就是我们对此采取的方法。”

霍尼韦尔的前进道路包括首先向 H1 添加更多离子，H1 可容纳 40 个。“我们建造了一个大礼堂，”Uttley 说。“现在我们只是在填补座位。”

下一步是将离子阱芯片的单线更改为赛道配置。这个名为 H2 的系统已经在测试中；它允许更快的离子计算交互，因为线末端的离子可以四处移动以相互交互。进一步放大的 H3 将配备具有陷阱网格而不是单线的芯片。为此，必须将离子转向拐角处，Uttley 表示该公司已经可以做到这一点。

对于 H4，网格将与片上光子学集成。今天，将量子态编码到离子上的激光束是从装有陷阱的真空室外部发送的，这种配置限制了芯片上可以进行计算的点的数量。经过设计和测试的集成光子学系统将增加可用的计算点。在最后一步，目标是 2030 年，H4 芯片将拼接在一起，形成一个庞大的集成系统。

就其本身而言，IonQ 首席执行官彼得查普曼告诉Ars Technica，该公司计划在未来几年内每八个月将其系统中的量子位数量增加一倍。IonQ 的系统不是通过物理移动离子来使它们相互作用，而是在固定的离子线上使用精心设计的激光脉冲对。

尽管到目前为止取得了进展，但这些系统还不能做任何在经典计算机系统上已经无法完成的事情。那么，为什么客户现在购买？“通过这个路线图，我们表明我们将很快跨越一个你无法进行事实核查的边界，”结果，Uttley 说。他说，公司现在需要看到他们的量子算法在这些系统上运行，这样当他们达到超越当今超级计算机的能力时，他们仍然可以相信结果。