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量子計(jì)算正受到越來(lái)越多的關(guān)注，其中很重要的原因是科技巨頭們的推動(dòng)。今年CES上，IBM宣布推出IBM Q System One，這是世界上專(zhuān)為科學(xué)和商業(yè)用途設(shè)計(jì)的集成通用近似量子計(jì)算系統(tǒng)。不過(guò)，美國(guó)名為IonQ的公司聲稱(chēng)其在構(gòu)建全球量子計(jì)算機(jī)解決全球最難問(wèn)題，并有特別的量子計(jì)算商用方案，該公司CEO還認(rèn)為固態(tài)量子計(jì)算處理器是死路一條。

全球IT公司正在進(jìn)行量子計(jì)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(guò)去幾年中取得了令人矚目的進(jìn)展。盡管大量關(guān)于量子計(jì)算的報(bào)道都圍繞上述三者，但要判斷誰(shuí)會(huì)主導(dǎo)這個(gè)新興市場(chǎng)還為時(shí)尚早。

這是因?yàn)椋琁BM，谷歌和英特爾以及Rigetti（2013年在美國(guó)成立的研發(fā)量子計(jì)算處理器的公司，致力于量子計(jì)算的部署）都在開(kāi)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(jì)算技術(shù)在商業(yè)上可行還沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。固態(tài)量子處理器基于數(shù)十年來(lái)硅和大規(guī)模集成的經(jīng)驗(yàn)，但要求將芯片冷卻到接近絕對(duì)零度，并采用積極的糾錯(cuò)技術(shù)來(lái)保持量子位的正常運(yùn)行。

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【 圖片來(lái)源：ionq  所有者：ionq 】

采用固態(tài)方法的一個(gè)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(chǔ)和檢索信息，執(zhí)行邏輯運(yùn)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(jìn)行了采訪，他說(shuō)出了為什么認(rèn)為這種方法最有可能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算商用的飛躍。

鐿原子捕獲量子位【 圖片來(lái)源：ionq  所有者：ionq 】

由于激光束是可編程且控制（使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)），因此可以根據(jù)應(yīng)用動(dòng)態(tài)構(gòu)建量子硬件實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的電路布局。量子計(jì)算旨在提升或解決量子化學(xué)、物流、機(jī)器學(xué)習(xí)和密碼學(xué)等領(lǐng)域的問(wèn)題，能夠以類(lèi)FPGA的方式將硬件與軟件進(jìn)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(lái)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，這將能不僅能說(shuō)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(kuò)展到可以運(yùn)行真實(shí)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)得非常好），而是更加精細(xì)的光學(xué)控制。這主要與減少激光噪聲和移動(dòng)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，系統(tǒng)可以一次運(yùn)行10或20個(gè)量子比特并執(zhí)行數(shù)百個(gè)操作。在Benchmark中，他們的單量子比特門(mén)平均保真度為99.5%，雙量子比特門(mén)保真度平均為97.5%，狀態(tài)準(zhǔn)備和測(cè)量誤差為0.7%。這與目前任何一個(gè)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(jìn)光學(xué)控制系統(tǒng)，就可以擴(kuò)展到幾百個(gè)量子比特和數(shù)萬(wàn)個(gè)操作，且無(wú)需任何糾錯(cuò)。

“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這可能不夠好，”他承認(rèn)，“但我們將能夠解決一些有趣的問(wèn)題。”他們的長(zhǎng)期目標(biāo)是建立能夠執(zhí)行數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億次操作的系統(tǒng)，因此，Monroe也說(shuō)他們確實(shí)需要采用糾錯(cuò)措施。他還表示，這些系統(tǒng)每個(gè)可能只需要10或20個(gè)可用的量子比特，這比使用固態(tài)量子器件進(jìn)行糾錯(cuò)所需的量子比特低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

事實(shí)上，Monroe認(rèn)為固態(tài)量子計(jì)算處理器是死路一條。如果他們無(wú)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(rèn)為這就需要太多的量子比特來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò)，而只有少量的量子比特用于邏輯運(yùn)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(cuò)量子位。“這是一個(gè)非常難的問(wèn)題，”他說(shuō)。

IonQ需要趕上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(hù)提供量子設(shè)備。IBM在這方面走得最遠(yuǎn)，其商業(yè)Q 系統(tǒng)面向付費(fèi)客戶(hù)，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(lái)，IonQ及其35名員工一直致力于構(gòu)建、測(cè)試和進(jìn)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(tái)，以免妨礙技術(shù)進(jìn)步。Monroe表示，他們已經(jīng)花費(fèi)了2000萬(wàn)美元風(fēng)險(xiǎn)投資資金的三分之二到四分之三，以推動(dòng)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(shí)訪問(wèn)其系統(tǒng)，但Monroe表示，他們現(xiàn)在認(rèn)識(shí)到需要讓他們的平臺(tái)更廣泛地向研究人員和商業(yè)組織公開(kāi)，以便他們的系統(tǒng)可以有實(shí)際的用例。雖然目前還沒(méi)有任何官方消息，但Monroe表示正在制定計(jì)劃，并且暗示他們將在未來(lái)幾個(gè)月宣布一些重要的合作。

“人們正在敲門(mén)，希望進(jìn)入這些系統(tǒng)，” Monroe說(shuō)。