口罩、量子两不误,霍尼韦尔要推出“全球最强”量子计算机

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口罩、量子两不误,霍尼韦尔要推出“全球最强”量子计算机
麻省理工科技评论 2020-03-04

2020-03-04

霍尼韦尔公司拥有一支非常神秘的科研团队,在尝试攻克这个时代最尖端的技术之一——量子计算
量子计算机 技术 量子
霍尼韦尔公司拥有一支非常神秘的科研团队,在尝试攻克这个时代最尖端的技术之一——量子计算

提到霍尼韦尔公司(Honeywell)的产品,最先想到的无外乎口罩、温控器、航空电子系统和自动化控制系统。这些产业支撑起了这家成立超过 100 年,员工超过 13 万的 “世界百强” 企业。

而几乎不为人知的是,它还拥有一支非常神秘的科研团队,在尝试攻克这个时代最尖端的技术之一——量子计算。

口罩、量子两不误,霍尼韦尔要推出“全球最强”量子计算机

图 | 霍尼韦尔的量子解决方案部门(来源:霍尼韦尔)

3 月 3 日,霍尼韦尔在官网宣布,“得益于技术上的突破,我们有望在未来的 3 个月内推出世界上最强大的量子计算机,其量子体积(Quantum Volume)至少可达 64,是行业内竞品的两倍”。

该研究成果以论文形式发表在预印本平台 arXiv 上。依照描述,这台号称 “全球最强” 的量子计算机是依靠 “离子阱系统(Ion Trap)” 实现的,而非 IBM 和谷歌使用的超导量子技术。

值得注意的是,研究人员在最高仅实现了 16 量子体积的实验,并且对未来进一步拓展表示乐观。至于官方宣称的 64 量子体积,能否真的实现并如期推出,还需要时间的检验。

与此同时,霍尼韦尔还宣布,未来将在微软 Azure 云服务平台上开放量子计算机的使用渠道,并且与摩根大通合作研究如何在金融服务中应用量子计算。此外,它还战略投资了两家量子软件和算法初创公司 Cambridge Quantum Computing 和 Zapata Computing。

不同的量子计算解决方案

在量子计算领域,外界除了关注 D-Wave 和 IonQ 这样的只专注于量子计算研究的公司,剩下的注意力几乎完全聚焦在 IBM、谷歌、英特尔和微软等科技巨头身上。

因此在此次官宣之前,霍尼韦尔旗下的量子解决方案部门一直鲜为人知,亦或是其行事比较低调。

官网资料显示,最早有关量子解决方案部门的新闻发表于 2018 年 9 月,文章简单介绍了霍尼韦尔启动量子计算研究的背景。

按照部门总裁 Tony Uttley 的描述,霍尼韦尔研究员在 “十年前就提出过这一大胆的想法”,但之后一直在进行战略投资和铺垫,直到“几年前” 才选定了研究方向,正式进军。

口罩、量子两不误,霍尼韦尔要推出“全球最强”量子计算机

(来源:霍尼韦尔)

事实上,在量子计算领域,很多公司都在尝试不同的研究方向和解决方案。去年争夺 “量子优越性” 的 IBM 和谷歌使用了超导量子技术,而微软和英特尔分别选择了较为冷门的拓扑量子和硅量子技术,另一家专注于量子计算研究 20 年的公司 D-Wave 则使用了量子退火技术。

与这些都不同的是,霍尼韦尔选择了离子阱系统作为主要研究方向,另一家比较有名的初创公司 IonQ 走的也是这条路。

以这种技术为基础的量子计算机使用离子作为量子比特,实现基本的运算和逻辑单元。所谓的 “离子阱” 指的是一套利用电磁场俘获和囚禁离子的系统,被俘获的离子只能在一定范围内活动,继而允许人类通过改变电场来操控它们。

离子阱系统驱动的量子计算机

研究人员指出,离子阱的优势在于可以维持较长的量子比特相干时间,能够执行高保真度的量子态测量与量子门操作,而且理论上任意两个量子比特(离子)都存在可控的相互作用,形成独特的全连接性。这意味着运算准确率更高,但速度相比超导量子技术较慢。

口罩、量子两不误,霍尼韦尔要推出“全球最强”量子计算机

(来源:霍尼韦尔)

在实验中,研究团队设计了一个使用底切蚀刻金电极制造的二维离子阱,放置于 12.6 开尔文(零下 260.5 度)的低温环境中。随后他们将一个镱离子(171Yb+)和一个钡离子(138Ba+)配成一对,其中镱离子是运算用量子比特,钡离子则起到协同冷却(Sympathetic cooling)的作用。

在一套电路中,这些离子可以组成 Yb-Ba 对,也可以组成 Ba-Yb-Yb-Ba 或 Yb-Ba-Ba-Yb 这样的四离子结晶对。

研究人员表示,配合霍尼韦尔内部的云服务和独特算法,可以实现通过 FPGA(场域可编程逻辑门阵列)执行特定的量子电路。从可执行的任务上看,它可以实现暂停量子计算,读取量子比特状态,然后根据结果选择不同的路径重新开始计算。这为执行传统编程语言中类似 “if” 的语句打下了铺垫。

在测试中,研究人员计算了量子电路的量子比特数量和门保真度,由此得出的量子体积越大,说明综合性能越强(这一指标由 IBM 提出)。结果显示,这种计算架构符合量子体积 16 的标准,与 IBM 在 2019 年初推出的 “Q System One” 量子计算系统持平。

在论文的结尾,研究人员并未直接点出要打造 “64 量子体积” 的设备,而是肯定了离子阱系统的保真度,强调了以此为基础的量子计算发展方向是“有希望的”,最终比较乐观地表示“正在进一步追求架构的拓展性”。

口罩、量子两不误,霍尼韦尔要推出“全球最强”量子计算机

图 | IBM 的 Q System One 量子计算机(来源:IBM)

“业界最强”的名号向来是众多科技公司争夺的目标,在量子计算领域也不例外。

除开去年 IBM 和谷歌争夺的 “量子优越性”,早在 2018 年 12 月,同样选择“离子阱” 道路的 IonQ 就已经公布了自己的研究成果:使用三维离子阱,最多支持 160 量子比特,可以实现 79 量子比特长度上的单比特门操纵,维持高保真度等等。在当时而言,这套数据超过了超导量子技术一大截。

由此可见,霍尼韦尔的 “全球最强量子计算机” 能不能服众,还需要靠成果说话。

虽然量子计算的解决方案之争仍在继续,但可以肯定的是,作为《麻省理工科技评论》2020 年 “全球十大突破性技术” 之一,随着其飞速发展,金融、数据、物流、通讯、材料、制药和制造等行业必然会受到深远影响。

麻省理工科技评论

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