被調(diào)侃為“口罩廠”的霍尼韋爾，9個(gè)月打破3次量子計(jì)算領(lǐng)域紀(jì)錄。

而就在剛剛，它把自家“殺手锏”的細(xì)節(jié)內(nèi)容發(fā)布到了Nature。

而也就是在大約1年前，霍尼韋爾“高調(diào)”宣布：

將憑借不同于市場(chǎng)上任何技術(shù)，進(jìn)入量子計(jì)算賽道。

在關(guān)鍵的量子計(jì)算基準(zhǔn)上，比擁有更多量子比特的量子計(jì)算機(jī)，表現(xiàn)得要更好。

霍尼韋爾所憑借的，到底是怎樣的一個(gè)獨(dú)門絕技？

霍尼韋爾的“殺手锏”

在量子計(jì)算這片“江湖”中，論最主流的“功夫”，可能就要數(shù)微型超導(dǎo)線圈了。

這也是各家大公司所青睞的方法，例如 IBM 和英特爾。

谷歌在 2019 年打造的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，還首次執(zhí)行了經(jīng)典計(jì)算機(jī)做不到的任務(wù)，并宣稱量子優(yōu)越性，一時(shí)可謂風(fēng)光無兩。

而霍尼韋爾憑借所宣稱的“獨(dú)門秘籍”，也頻頻刷新著量子體積的紀(jì)錄：

2020年6月，發(fā)布第一個(gè)商業(yè)量子計(jì)算系統(tǒng)——H0型系統(tǒng)，64 量子體積，是當(dāng)時(shí)其他系統(tǒng)的 2 倍。

2020年9月，發(fā)布的H1型系統(tǒng)打破自己的紀(jì)錄，達(dá)到 128 量子體積。

2021年3月，H1型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 512 量子體積，成為目前為止量子體積最大的商用量子計(jì)算機(jī)。

（注：量子體積，是IBM提出的一個(gè)專用性能指標(biāo)，用于測(cè)量量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大程度。）

9 個(gè)月刷新 3 次紀(jì)錄，霍尼韋爾所憑借的方法，正是離子阱（Ion Trap）。

與微型超導(dǎo)線圈不同的是，這種方法將單個(gè)離子作為量子位元（qubit），并通過激光來操縱其狀態(tài)。

當(dāng)然，市場(chǎng)上采用這種方法并不止是霍尼韋爾一家，例如還有IonQ。

IonQ使用激光，可以讓它的計(jì)算機(jī)同時(shí)對(duì)多個(gè)量子位元進(jìn)行操作，本質(zhì)上來講，這就允許任意 2 個(gè)量子位元在系統(tǒng)中執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，并建立一個(gè)復(fù)雜的糾纏系統(tǒng)。

這就和使用超導(dǎo)電路的量子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生了鮮明的對(duì)比：每個(gè)量子位元通常只與其最近的“鄰居”直接相連。

但它之所以聲稱“與眾不同”，關(guān)鍵是在于打造離子阱計(jì)算機(jī)的方法。

霍尼韋爾的方法，也允許任意 2 個(gè)量子位元相互連接，但它是通過物理上移動(dòng)彼此相鄰的離子，允許一個(gè)光脈沖同時(shí)擊中它們倆。

這是因?yàn)榛裟犴f爾的離子阱，并不是由靜態(tài)的磁場(chǎng)排列而成，相反，是由 192 個(gè)可以獨(dú)立控制的電極產(chǎn)生。

如此一來，霍尼韋爾的設(shè)備就可以在磁場(chǎng)強(qiáng)度不同的地方，創(chuàng)建一個(gè)離子更愿意“駐留”的位置，也就是勢(shì)阱（Potential Well）。

改變這些電極中的電荷，可以讓勢(shì)阱在線性裝置中上下移動(dòng)，而離子也會(huì)簡(jiǎn)單地隨之移動(dòng)。

而后通過合并 2 個(gè)勢(shì)阱，可以將它們所含的離子聚集在一起，使一個(gè)操作同時(shí)影響到它們兩個(gè)。

當(dāng)這一過程完成后，就可以將井（well）分開，把離子帶回到原來的位置。

在這篇論文中，霍尼韋爾還給出了一組硬件的性能數(shù)據(jù)：

將一個(gè)離子從trap的一端傳送到另一端，所需的最大時(shí)間是 300 微秒。

如果運(yùn)輸過程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤，例如量子位元發(fā)送到了錯(cuò)誤的位置，就會(huì)被系統(tǒng)檢測(cè)出來，而后重置整個(gè)過程。

但霍尼韋爾表示，這樣的錯(cuò)誤極其罕見—— 1 千萬次操作中，只能檢測(cè)出 3 次傳輸故障。

但也并非完美

霍尼韋爾也明確了其方法所存在的瓶頸：

電壓生成器（voltage generator）產(chǎn)生的噪音

系統(tǒng)自發(fā)的噪音

對(duì)此，霍尼韋爾表示：

能夠解決任何一個(gè)瓶頸，都能讓性能得到提升。

……

而回歸到這篇論文本身，它是對(duì)霍尼韋爾 1 年前所宣布工作的一個(gè)細(xì)節(jié)說明，經(jīng)過漫長(zhǎng)的過程，得到了同行評(píng)審的認(rèn)可。

也正如外媒所評(píng)價(jià)：

論文中所述的系統(tǒng)，在同行評(píng)審期間可能已經(jīng)變得“陳舊”，但也讓我們感受到了這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展之快。

參考鏈接：

[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