通过全然不同的“离子阱”技术,Honeywell宣称打造世界最强大的商用量子计算机

目前Google、IBM等量子运算(Quantum Computing)先驱莫不采用Transmon制造技术打造量子计算机(QC)。令人跌破眼镜的是,以空气净化器闻名于世的Honeywell宣布以全然不同的“离子阱”(Ion Trap)技术成功制造出量子计算机,预计今年稍晚通过微软Azure云计算服务提供用户访问。Honeywell宣称,产品是迄今最强大的商用量子计算机。

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,也即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承包商和材料供应商Honeywell便押注打造自家量子计算机,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,允许控制和读取电流状态。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,因为每个单一设备都具备由所用原子(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,通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,通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坚信此设备可快速扩展,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设备目前运算水准相比,4个量子位元似乎仍差很远,但希望更迅速缩小差距。

与微软合作通过Azure访问,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“世界性能最强大的量子计算机”,是依据IBM定义“量子体积”(Quantum Volume)性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”性能表现。

再就扩展性问题来说,Uttley表示,他希望未来5年能完成“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,大多数公司对创建运行自家液氦冷却系统所需的基础设施不感兴趣,所以允许客户通过云计算接口访问量子计算机。Honeywell已与微软合作,让客户能通过Azure云计算服务访问系统。

Honeywell并在实机展示的机器内置可与硬件无关的方式描述量子算法的IBM开放源码工具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,以达到所需的性能表现。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。

(首图来源:Honeywell)