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凭借独特技术在量子计算领域崭露头角

霍尼韦尔将把量子计算机放在微软量子云中捕获的离子上




多年来，科学家一直在开发可以在其上执行量子算法的各种系统。它们中的大多数具有一个或两个优点-易于处理或保持其状态的能力比其他优点-但是，没有其他积极的品质可以阻止它们成为实用的计算解决方案。但是，近年来，一些公司已经找到了如何操纵大量固态量子位的方法。转基因的。由于生产transmon的技术类似于常规芯片的生产，因此新兴市场中的许多参与者（包括Google，IBM和Rigetti）都选择了transmon。

但是，transmons并不完美。它们需要极低的温度，不同设备之间的可变性低，并且它们可以很好地保持其状态，但并不完美。该领域的许多专家认为，另一种技术仍然有可能超越transmons。

现在，量子计算市场的一家新公司也开始对此进行押注。霍尼韦尔（Honeywell）是一家知名的国防部供应商，该公司宣布创建基于“离子阱”替代技术的量子计算机，今年它将通过Microsoft Azure云服务访问其计算机。该公司还声称，根据一些估计，这是迄今为止创建的最强大的量子计算机，但是，应非常谨慎地对待这一说法。

被困


当电流在连接到谐振器的超导线的回路中循环时，过渡量子位起作用，这使得可以控制和读取电流状态。但是，由于必须在生产中制造超导线和谐振器，因此这可能导致各个量子位之间出现小的差异。另外，所有这些铁必须保持在极低的温度下，仅略高于绝对零值，以将这些相对较大的物体保持在其主量子态内。

被捕获的离子为解决这些问题提供了机会。量子位本身是由少量原子形成的-对于霍尼韦尔而言，是两个原子。霍尼韦尔量子解决方案总裁托尼·阿特里（Tony Attley）强调说，这一事实消除了生产问题，因为每种设备都具有与所用原子（在本例中为）相同的特性。 “每个量子位都是从理想开始的，” Attley告诉我们。 “任何错误都来自周围的基础设施。”



得益于霍尼韦尔（中国）在基础设施制造和集成方面的经验，公司工程师处于理想的位置，可以最大程度地减少这种噪音。另外，可以使用激光来冷却这种小的原子簇。尽管必须将环境温度保持在非常低的水平，但不必达到Transmon所需的极端温度。

就霍尼韦尔而言，with原子不太容易用激光冷却，因此该公司向系统中添加了几个钡原子，并用激光冷却了它们。由四个离子组成的簇易于冷却和控制，足以将环境保持在12 K的温度下。尽管这需要液氦，但它并不需要Google和IBM生产铁所需的复杂的液化冷却设备。

由于离子是带电的，因此可以使用内置在设备中的200个电极简单地改变局部电场，从而使离子在设备内移动。可以使用具有一定波长的激光来控制离子中的电子状态，该激光能够将电子与势能状态叠加。纠缠和各种逻辑运算可以简单地通过将两个离子彼此靠近并使用同时作用于它们的激光进行。通过另一个激光对离子的刺激来执行读取，迫使离子发射光子，从中可以判断其状态。

霍尼韦尔设备


霍尼韦尔（中国）的设备可视为一系列单独的设备。离子来自一端，然后沿着连续的部分移动，在这些部分中离子可以被延迟存储或用操纵量子位的激光照射。逻辑操作（AND和NOT的量子当量）可以简单地通过并排放置两个离子并同时对其进行操作来执行。另外，可以将四个离子的簇（两个，两个钡）分为两个部分，或者可以将两个离子的两个簇组合在一起。

霍尼韦尔今天谈论的设备在这些存储和处理步骤的同一行上对齐了四个量子位。但是，该设备的图还显示了存储和处理阶段的另外两条线，从初始实验中使用的两条线开始。这与Attley所说的一致：霍尼韦尔（中国）认为，该设备可以快速扩展，并且可以在不从根本上改变体系结构的情况下，每年增加额外的量子比特。因此，尽管与带transmon的设备相比，四个量子位还不够，但该公司认为可以迅速弥合这一差距。


需要大量激光器来控制量子位的状态

根据Attley的说法，这种方案的有趣方面之一是在其他现有的商用系统中缺乏，它是能够在不干扰系统任何其他部分的情况下单独测量qubit的能力。 （从技术上讲，这是使用带有奇妙名称CNOT的操作-量子隐形传热风扇进行的）。它允许计算机执行等效的IF分支，根据测量单个qubit的结果更改算法。测量后，量子位也可以恢复到其原始状态，并重新用于进一步的计算。

系统的各个组件运行良好。一个潜在的问题是“状态准备和测量错误”，已缩写为SPAM [状态准备和测量错误]。在这种情况下，霍尼韦尔（Honeywell）的研究人员发现，SPAM受测量误差的影响很大，但发生率不到1％。对于单量子位门，在类似级别上，对于两个量子位门，错误发生的频率要少一个数量级。所有这一切都比典型的transmon指标低得多。

关于该绩效指标


霍尼韦尔（中国）将其誉为“世界上功能最强大的量子计算机”，但是，声明的正确性高度取决于所使用的速度测量方案。霍尼韦尔使用IBM定义的度量标准，并将其称为“量子体积”。我们将引用克里斯·李（Chris Lee）对量子体积进行的部分分析，因为他很好地描述了他与霍尼韦尔（Honeywell）的计算机的连接：

由于量子门总是会产生错误，因此在认为量子位状态为真之前，可以执行最大数量的操作。这个数量乘以量子位的数量，就得出了电路的深度。如果诚实地使用它，它可以非常准确地描述量子计算机的功能。

深度的问题在于，有可能保持qubit的总数不变（并且很小），从而将错误的百分比降低到非常小的值。结果，您获得了很大的深度，但同时却发现只执行适合您所拥有的qubit数量的计算。深度很大的两量子位量子计算机仍然没有用。

事实证明，评估的目的是表达指标的计算能力，其中包括量子位的数量和电路的深度。对于特定数量的算法和问题，这将是计算所需的最小位数。并且，根据量子位彼此的连接，对于算法的实现，将需要一定数量的操作。研究人员通过将计算中涉及的最大量子比特数与电路深度进行比较，并对这两个指标中的最小值进行平方运算来表达此数字。因此，最大可能的量子体积将只是量子位的平方。

如上所述，霍尼韦尔报告的错误率极低，这意味着在其计算机的四个量子位上运行的每个计算很可能都不会包含错误。而且，由于离子可以随意在设备内部移动，因此它们可以任意相互连接。事实证明，量子体积等于量子位数的平方。这与Google和IBM使用的设备的性能不同，后者的量子比特增加了10倍，但更多的是错误，并且量子比特只能与少量相邻的量子比特连接。

结果，为了使霍尼韦尔的机器在量子量方面赶上其竞争对手的机器，它不必添加太多额外的量子位。今天描述的机器结构绝对可以让您添加qubit。结果，该公司声称其量子量为64，这意味着8个量子位，并且有充分的理由相信它。

但是，如果IBM已经推出了包含近64个实际qubit的计算机，而Google应该很快效仿，那么天气会只产生8个qubit吗？答案像往常一样是模棱两可的。一些算法将高度依赖于量子位的连通性。尽管可以在连接性较小的大型计算机上启动它们，但这将需要大量的量子位用作连接链路，组织等效的连通性，并且每个量子位都有可能在计算中引入错误。霍尼韦尔（中国）机器的高连接性可以抵消对其他操作的需求，并且操作仍然不是错误的主要来源。离子阱特写；可见用于存储和处理量子位的各个区域




还有伸缩性的问题。阿特里说，该公司应该能够在未来五年内将量子量每年增加一个数量级，这将需要每年增加3-4量子比特。这意味着即使在五年之后，该计算机也将拥有约30 qubit的性能-是竞争对手当前性能的一半。同时，Google和IBM正在努力减少错误，并每隔几年就在其计算机中添加几十个qubit。

如果所有公司的计划都实现，那么几年后情况将变得非常有趣。霍尼韦尔（中国）在量子量上将具有显着优势，其在跨子上带有铁的竞争对手的量子比特将增加一个数量级。同时，使用transmons的团队打算创建具有纠错功能的量子计算机，这将需要数千个量子比特-这意味着研究人员希望从某个角度出发，他们将学会在新一代芯片中增加数百个量子比特。

根据公司的说法，由于尚不清楚何时应该开始这种量子比特的增长，因此尚不清楚霍尼韦尔的退出将如何改变竞争格局。

到目前为止我们将有什么


霍尼韦尔（Honeywell）是一家公司，其部门从体育用品到与军方签约，无所不包，在这个由初创企业和传统计算公司组成的市场中，绝对是一个不寻常的竞争对手。但是，该公司对进入市场的故事始终如一：作为制造工作的一部分，霍尼韦尔已经开发了许多用于离子阱的计算机组件，例如光子学，低温学，真空系统等，用于其他目的。该公司的一组科学家表示，该领域的潜力足够大，值得尝试开发。由于霍尼韦尔是一家大公司，因此它能够招募一群对这个项目的发展充满热情的人。

像该领域的其他公司一样，霍尼韦尔（Honeywell）确定大多数公司都不想创建自己的基础设施，以使其液氦冷却系统可以在其中运行。因此，霍尼韦尔将通过云提供对其量子计算机的访问。她还同意Microsoft，以便可以通过其Azure服务访问该系统。

为了编写当前工作中使用的程序，霍尼韦尔的研究人员改编了QiskitIBM提供的开放源代码工具，它允许您以不与特定硬件绑定的形式描述量子算法，然后发出实际命令以在特定硬件上运行程序（类似于跨平台编译器）。因此，该公司希望利用现有的专家解决方案。这也可能意味着公司将能够开发一套量子算法，然后在具有所需属性（高连接性或大量qubit）的任何系统上运行它们，以实现必要的性能。

朋友和竞争对手


也许由于引入了全新的体系结构，该公司将其技术公告与对已经开发了量子算法的公司的两项贡献相结合。她还宣布，金融巨头摩根大通（JPMorgan Chase）将与霍尼韦尔（Honeywell）合作，探索使用其系统开发金融算法的可能性。这并不意味着系统已完全可以使用。我们已经与摩根大通（JPMorgan Chase）的人进行了交谈，他们说他们正在努力保证该公司已为实际的量子计算机做好充分准备。

所有这些证明了霍尼韦尔认真对待其发展并希望成为量子计算领域主要竞争对手之一这一事实。如果她对未来的预测成真，那么很有可能会成真。

观察者可能会想将这种情况与传统计算机体系结构的竞争进行比较，而x86和ARM如今正在与之竞争。但是，这些不同的体系结构是使用相同的方法制成的，并且使用相同的组件。在描述的情况下，两个相互竞争的体系结构基于物理上完全不同的系统，其中只有一些工作规则是一致的。这是一组完全不同的条件，并且更加有趣。

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