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這主要是因?yàn)椋侥壳盀橹梗瑢?duì)于哪種技術(shù)方法能夠使通用量子計(jì)算在商業(yè)上可行而沒(méi)有真正的共識(shí)。也就是說(shuō)，IBM，谷歌和英特爾以及Rigetti都在構(gòu)建各種固態(tài)量子處理器。雖然這種方法基于硅基半導(dǎo)體和大規(guī)模集成的數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)，但該技術(shù)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。
 

這種固態(tài)方法的一個(gè)值得注意的例外是一個(gè)名為IonQ的啟動(dòng)項(xiàng)目正在進(jìn)行中，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。在這里，處理是通過(guò)使用激光束完成的，激光束應(yīng)用于原子量子位元來(lái)存儲(chǔ)和檢索信息，執(zhí)行邏輯操作，并將它們連接到特定的電路中。在最近與IonQ CEO和聯(lián)合創(chuàng)始人Chris Monroe的談話中，他告訴我們?yōu)槭裁此J(rèn)為這種方法最有可能實(shí)現(xiàn)商業(yè)量子計(jì)算的飛躍。
 

由于激光束受編程控制（使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)），因此可以動(dòng)態(tài)構(gòu)建量子硬件，從而優(yōu)化應(yīng)用程序的電路布局。量子計(jì)算旨在應(yīng)用于量子化學(xué)，物流，機(jī)器學(xué)習(xí)和密碼學(xué)等領(lǐng)域的各種優(yōu)化問(wèn)題，因此能夠像FPGA一樣設(shè)計(jì)硬件和軟件，是IonQ區(qū)別于其硬件競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的另一種方式。這是IonQ區(qū)別于其硬件競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的另一種方式。
 

如果Monroe和他的公司能夠超越規(guī)模更大、資金更充足的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，那并不是因?yàn)镮onQ的工程師是更好的量子物理學(xué)家。實(shí)際上，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)并不需要更高質(zhì)量的量子比特 - 原子在這方面表現(xiàn)得非常完美 - 而是更加精細(xì)的光學(xué)控制。這主要與減少激光噪聲和運(yùn)動(dòng)有關(guān)，這需要更好的工程，而不是新材料或突破性物理。
 

IonQ目前運(yùn)營(yíng)三種設(shè)備。此時(shí)，他們最好的系統(tǒng)可以一次運(yùn)行10或20個(gè)量子比特并運(yùn)行數(shù)百個(gè)操作。在基準(zhǔn)測(cè)試中，他們的平均單量子比特門保真度為99.5％，雙量子比特門保真度為97.5％，狀態(tài)準(zhǔn)備和測(cè)量誤差僅為0.7％。這與任何固態(tài)量子器件迄今為止所能達(dá)到的一樣好或更好。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，而無(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)，為此，Monroe說(shuō)他們確實(shí)必須采用糾錯(cuò)措施。但據(jù)他說(shuō)，這些系統(tǒng)每個(gè)可用的量子比特可能只需要10或20個(gè)量子比特，這比使用固態(tài)量子器件進(jìn)行糾錯(cuò)所需的數(shù)量級(jí)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)目前所展示的百分之二的誤碼率，他認(rèn)為需要太多的量子比特來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò)，以便將少量的量子比特用于邏輯運(yùn)算。這種方法的混淆問(wèn)題是，由于量子位差異和串?dāng)_增加，誤碼率隨著更多量子位的增加而趨于上升，需要更多的糾錯(cuò)量子位。“這是一個(gè)非常難以擴(kuò)展的問(wèn)題，”他說(shuō)。
 

IonQ需要趕上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的第三方可用性。IBM和谷歌，甚至是創(chuàng)業(yè)公司Rigetti，已經(jīng)為研究人員甚至一些潛在的早期客戶提供了一些量子機(jī)器。IBM在這方面走得最遠(yuǎn)，其商業(yè)Q網(wǎng)絡(luò)面向付費(fèi)客戶，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人的員工一直致力于構(gòu)建測(cè)試和進(jìn)一步完善的初始系統(tǒng)。到目前為止，戰(zhàn)略一直是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)耗費(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，以便在此期間推動(dòng)技術(shù)發(fā)展。