“口罩厂”霍尼韦尔搞出的量子计算机，刚刚获得了Nature认可
离子阱量子计算机
金磊 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
被调侃为“口罩厂”的霍尼韦尔，9个月打破3次量子计算领域纪录。
而就在刚刚，它把自家“杀手锏”的细节内容发布到了Nature。
而也就是在大约 1 年前，霍尼韦尔“高调”宣布：
将凭借不同于市场上任何技术，进入量子计算赛道。
在关键的量子计算基准上，比拥有更多量子比特的量子计算机，表现得要更好。
霍尼韦尔所凭借的，到底是怎样的一个独门绝技？
霍尼韦尔的“杀手锏”
在量子计算这片“江湖”中，论最主流的“功夫”，可能就要数微型超导线圈了。
这也是各家大公司所青睐的方法，例如 IBM 和英特尔。
谷歌在 2019 年打造的超导量子计算机，还首次执行了经典计算机做不到的任务，并宣称量子优越性，一时可谓风光无两。
而霍尼韦尔凭借所宣称的“独门秘籍”，也频频刷新着量子体积的纪录：
- 2020年6月，发布第一个商业量子计算系统——H0型系统，64 量子体积，是当时其他系统的 2 倍。
- 2020年9月，发布的H1型系统打破自己的纪录，达到 128 量子体积。
- 2021年3月，H1型系统实现了 512 量子体积，成为目前为止量子体积最大的商用量子计算机。
（注：量子体积，是IBM提出的一个专用性能指标，用于测量量子计算机的强大程度。）
9 个月刷新 3 次纪录，霍尼韦尔所凭借的方法，正是离子阱 （Ion Trap）。
与微型超导线圈不同的是，这种方法将单个离子作为量子位元（qubit），并通过激光来操纵其状态。
当然，市场上采用这种方法并不止是霍尼韦尔一家，例如还有IonQ。
IonQ使用激光，可以让它的计算机同时对多个量子位元进行操作，本质上来讲，这就允许任意 2 个量子位元在系统中执行一个任务，并建立一个复杂的纠缠系统。
这就和使用超导电路的量子计算机产生了鲜明的对比：每个量子位元通常只与其最近的“邻居”直接相连。
但它之所以声称“与众不同”，关键是在于打造离子阱计算机的方法。
霍尼韦尔的方法，也允许任意 2 个量子位元相互连接，但它是通过物理上移动彼此相邻的离子，允许一个光脉冲同时击中它们俩。
这是因为霍尼韦尔的离子阱，并不是由静态的磁场排列而成，相反，是由 192 个可以独立控制的电极产生。
如此一来，霍尼韦尔的设备就可以在磁场强度不同的地方，创建一个离子更愿意“驻留”的位置，也就是势阱 （Potential Well）。
改变这些电极中的电荷，可以让势阱在线性装置中上下移动，而离子也会简单地随之移动。
而后通过合并 2 个势阱，可以将它们所含的离子聚集在一起，使一个操作同时影响到它们两个。
当这一过程完成后，就可以将井（well）分开，把离子带回到原来的位置。
在这篇论文中，霍尼韦尔还给出了一组硬件的性能数据：
将一个离子从trap的一端传送到另一端，所需的最大时间是 300 微秒。
如果运输过程中出现了错误，例如量子位元发送到了错误的位置，就会被系统检测出来，而后重置整个过程。
但霍尼韦尔表示，这样的错误极其罕见—— 1 千万次操作中，只能检测出 3 次传输故障。
但也并非完美
霍尼韦尔也明确了其方法所存在的瓶颈：
- 电压生成器（voltage generator）产生的噪音
- 系统自发的噪音
对此，霍尼韦尔表示：
能够解决任何一个瓶颈，都能让性能得到提升。
……
而回归到这篇论文本身，它是对霍尼韦尔 1 年前所宣布工作的一个细节说明，经过漫长的过程，得到了同行评审的认可。
也正如外媒所评价：
论文中所述的系统，在同行评审期间可能已经变得“陈旧”，但也让我们感受到了这个领域发展之快。
参考链接：
[1]https://arstechnica.com/science/2021/04/honeywell-releases-details-of-its-ion-trap-quantum-computer/
[2]https://www.nature.com/articles/s41586-021-03318-4
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