IonQ發布了一種截然不同的量子計算機 還宣稱IBM、谷歌已走上絕路？

世界上一些最大的IT公司都正在研究量子計算，這並非偶然。

特別是谷歌、IBM和Intel，它們有能力為各自的工作投入大量的資源，並且在過去的幾年中，它們都展示了令人印象深刻的進展。

儘管目前人們對於量子計算的大部分關注都放在了這三家領頭公司身上，但要判斷哪些公司將會主導這一新興市場還為時尚早。

這主要是因為，到目前為止，對於哪種技術方法能夠使通用量子計算在商業上可行還沒有真正的共識。

目前的量子計算進展

目前，IBM、谷歌、英特爾以及Rigetti都在開發各種固態量子處理器。在今年的CES消費電子展上，IBM還展示了目前全球唯一一台脫離實驗室環境運行的量子計算機「IBMQSystemOne」。

雖然這種方法建立在數十年硅基半導體和大規模集成的經驗基礎上，但這種技術要求將晶元冷卻到接近絕對零度，並使用積極的誤差校正技術來保持量子位元的正常工作。

通常，為了使其保持低溫，量子計算機需要裝在巨型冷卻設備中，這種極其苛刻的環境也遏制了它的商業化進程。

近幾年，谷歌和微軟也先後發布了72位量子處理器Bristlecone和量子計算編程語言。

今年2月，中國科學技術大學杜江峰院士團隊首次在室溫大氣條件下實現可編程量子處理器，該成果證明量子計算可以脫離苛刻的運行環境，在常規環境中實現計算，並擺脫之前每進行一次運算就要改變硬體配置的模式，為量子計算的室溫研究開闢了新的道路。

合肥本源量子公司也發布了我國首款量子計算機控制系統『OriginQQuantumAIO』，其體積與20寸行李箱相差無幾，並計劃在未來三年左右推出量子計算機原型機。

如果量子處理器運算錯誤率極低，它在解決一個定義明確的計算科學問題時就能夠勝過傳統的超級電腦，這就是著名的「量子霸權」。

儘管谷歌曾表示，審慎樂觀地講，Bristlecone處理器能夠實現「量子霸權」;IBM也制定了雄心勃勃的時間表稱要在2020 年代實現量子霸權，但實際上還未有研究者目前能夠做到。

對於IBM最新發布的IBMQSystemOne的計算能力，也有外國媒體質疑它目前的性能可能還「不如我們常用的便攜輕薄筆記本」。

量子人工智慧實驗室表示，硬體和軟體的整合是這一過程的關鍵環節，量子計算能夠解決目前電腦無法解決的問題前也許還需要「數次迭代」。

初創公司IonQ的想法

巨頭們所採用的固態量子處理器方法的一個顯著例外是，一個名為IonQ的啟動項目正在進行中，該項目使用懸浮在真空中的鐿原子將捕獲的離子用於量子位。

在這裡，處理是通過使用激光束完成的，激光束應用於原子量子位元來存儲和檢索信息，執行邏輯操作，並將它們連接到特定的電路中。

在最近與初創公司IonQ首席執行官兼聯合創始人克里斯·門羅(Chris Monroe)的一次談話中，他解釋了為什麼他認為這種方法最有可能進入商業量子計算領域。

由於激光束是在程序控制下的(使用傳統的計算機)，量子硬體可以動態構建，從而優化應用程序的電路布局。

量子計算旨在應用於量子化學、物流、機器學習和密碼學等領域的廣泛優化問題，因此能夠像FGPA一樣用軟體設計硬體是IonQ區別於其競爭對手的另一種方式。

如果門羅和他的公司能夠超越規模更大、資金更充足的競爭對手，那並不是因為IonQ的工程師是更好的量子物理學家。

事實上，門羅說，將處理器擴展到可以運行實際生產應用程序的東西所面臨的挑戰並不需要更高質量的量子位元(原子在這方面表現完美)，而是更精細的光學控制。

這主要是為了減少激光的噪音和運動，這隻需要更好的工程設計，而不是新材料或突破性的物理髮現。

IonQ目前運行三種設備。他們最好的系統可以一次運行10或20個量子位元，並運行數百個操作。

在基準測試中，他們證明了單量子位的平均保真度為99.5%，雙量子位的保真度為97.5%，而量子態製備和測量誤差僅為0.7%。

這和迄今為止任何固態量子器件所能達到的效果一樣好，甚至更好。

門羅說，他們有信心，只要改進光學控制系統，他們就可以把運算規模擴大到幾百個量子位元和數萬次運算，而不需要任何誤差校正。

「從長遠來看，這可能還不夠好，」他承認，「但我們可以用它來解決一些有趣的問題。」

他們的長期目標是建立能夠執行數百萬甚至數十億次操作的系統，為此，門羅說，他們確實必須採用糾錯技術。

但據他說，這些系統每個可用量子位可能只需要10或20個量子比特，這比用固態量子器件校正誤差所需的量子位要低幾個數量級。

事實上，門羅認為科技巨頭們所研究的固態量子計算處理器的盡頭將會是一條死胡同。

如果他們不能改善這些系統目前2%的錯誤率，他認為將需要太多的量子位元來糾正錯誤，從而使只有少量量子位元能夠用於邏輯操作。

這種方法的一個令人困惑的問題是，由於量子位方差和串擾的增加，需要更多的糾錯量子位，但隨著量子位元的增加，錯誤率又將趨於上升，陷入死循環。

他說:「這是一個非常棘手的尺度問題。」

這種新設想仍有待實踐檢驗

IonQ需要在第三方可用性方面趕上競爭對手。

IBM和谷歌，甚至是初創公司Rigetti，都已經將他們的量子機器提供給了研究人員，甚至一些潛在的早期客戶。

IBM在這方面走得最遠，其面向付費客戶的商業網路Q Network吸引了幾家大公司，如摩根大通(JP Morgan)、三星(Samsung)和埃克森美孚(ExxonMobil)。

自2016年成立以來，IonQ及其35名員工一直專註於構建測試和進一步改進的初始系統。

到目前為止，公司的戰略是將公司的所有資源儘快投入到平台的開發中，以避免阻礙技術進步。

門羅說，在這段時間裡，他們已經燒掉了2000萬美元風險投資的三分之二到四分之三，以推動這項技術的發展。

IonQ確實與一些能夠特別訪問其系統的學者建立了合作關係，但Monroe表示，他們現在認識到有必要向研究人員和商業組織提供更廣泛的平台，這樣他們就可以開始用實際的案例來實踐他們的技術。

雖然目前還沒有正式的消息，但這位首席執行官表示，正在制定相關計劃，並暗示他們將在未來幾個月宣布與一些富有的合作夥伴進行重要合作。

門羅說:「人們正在敲門，準備進入這些量子系統的世界。」

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