尋訪｜Quantinuum的量子實(shí)驗(yàn)室

尋訪|Quantinuum的量子實(shí)驗(yàn)室光子盒研究院出品前言：為了普及科學(xué)技術(shù)知識(shí)、傳播科學(xué)思想，光子盒特開啟「尋訪」專欄，帶領(lǐng)各位讀者探訪全球的量子工廠和實(shí)驗(yàn)室。--Jxxn歲—QUAMTUMCHHA—2023年5月15日，總第1040期尋訪|Quantinuum的量子實(shí)驗(yàn)室公布最新32比特量子計(jì)算機(jī)H2的全貌在美國丹佛北部，一棟單調(diào)的、有乙烯基地板的、沒有窗戶的辦公樓里有計(jì)算機(jī)行業(yè)的一個(gè)奇跡。實(shí)際上，這里有好幾個(gè)奇跡：一個(gè)數(shù)據(jù)中心、里面有兩臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)正在為包括摩根大通在內(nèi)的付費(fèi)客戶運(yùn)行，還有一個(gè)正在建造的原型機(jī)。量子計(jì)算機(jī)之所以神奇，是因?yàn)樗鼈冊(cè)诹孔恿W(xué)規(guī)則的基礎(chǔ)上運(yùn)行:宇宙中最微小的部分，我們認(rèn)為的物理學(xué)規(guī)則并不總是適用。量子計(jì)算機(jī)使用量子比特，而不是通過開關(guān)來計(jì)算信息的晶體管，量子比特可以切換到“開”、“關(guān)”或介于兩者之間的某種狀態(tài)。支持者曾表示，這些計(jì)算機(jī)具有解決復(fù)雜問題的獨(dú)特能力。例如，發(fā)現(xiàn)新材料或確定如何改善供應(yīng)鏈。Quantinuum公司于2021年在霍尼韋爾收購的英國量子公司CambridgeQuantum后，從國防承包商巨頭霍尼韋爾分離出來，開始建造量子計(jì)算機(jī)。在Quantinuum于周二正式發(fā)布其32比特的第二代量子計(jì)算機(jī)H2的前幾天，美國部分媒體和分析師受邀、對(duì)其進(jìn)行了訪問。SystemModelH2:Acceleratingyourpathtofault-tolerantquantumcomputingw?3￡-s1.E-131.E-091E-051.E-011E*031,E*07 1.E75AvailableRAM/StatoVectorSize(TiB)SystemModelH2:Acceleratingyourpathtofault-tolerantquantumcomputingw?3￡-s1.E-131.E-091E-051.E-011E*031,E*07 1.E75AvailableRAM/StatoVectorSize(TiB)新的設(shè)計(jì)還提供了運(yùn)營效率和清晰的增長路徑。H2的概述，包括器件設(shè)計(jì)和門控操作的升級(jí)。Quantinuum聲稱112是有史以來最精確的量子計(jì)算機(jī)。公司還公布了其進(jìn)行的大量基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果，以支持這一略顯“夸張”的說法：一篇名為《賽道上的捕獲離子量子處理器(ARaceTrackTrapped-IonQuantumProcessor)的研究論文詳細(xì)介紹了所有這些工程進(jìn)展，以及它們對(duì)該機(jī)器的計(jì)算性能的確切影響。該論文包括來自組件和系統(tǒng)級(jí)基準(zhǔn)測(cè)試的結(jié)果，記錄了新機(jī)器推出時(shí)的能力。這些基準(zhǔn)測(cè)試指標(biāo),結(jié)合該公司在拓?fù)淞孔颖忍胤矫娴倪M(jìn)展,代表了量子計(jì)算的一個(gè)新階段。這是一個(gè)重要的說法。因?yàn)槿绻@些計(jì)算機(jī)要想發(fā)揮其潛力，就需要有朝一日遠(yuǎn)比今天的超級(jí)計(jì)算機(jī)強(qiáng)大；它們將需要使用數(shù)百、上千,甚至更多的量子比特。而要做到這一點(diǎn)，這些量子比特必須保持穩(wěn)定的工作性能。微小的環(huán)境變化(如溫度或光線)，就會(huì)干擾它們的工作。擠在一起的量子比特越多、計(jì)算機(jī)被這種所謂的噪音干擾的可能性就越大，整體的運(yùn)算結(jié)果就越不準(zhǔn)確。正因?yàn)槿绱?，一些懷疑論者表示，這種規(guī)模的量子計(jì)算可能無法實(shí)現(xiàn)。盡管如此，Quantinuum公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和建造這些計(jì)算機(jī)的主管RussellStutz仍然表示，他的工作已經(jīng)讓他成為一名信徒：他堅(jiān)信“這不是如果，而是何時(shí)。”其他競爭對(duì)手則專注于規(guī)模記錄。11月，IBM發(fā)布了一臺(tái)400量子比特的機(jī)器、谷歌自2019年以來也一直使用一個(gè)名為“懸鈴木”(Sycamore)的54量子比特處理器。少數(shù)初創(chuàng)公司也在研究量子。沒有人可以說，在量子計(jì)算機(jī)達(dá)到規(guī)模性、可靠性以實(shí)現(xiàn)其承諾之前,還需要多長時(shí)間；但它們已經(jīng)在使用，供實(shí)驗(yàn)該技術(shù)的早期采用者使用。像英偉達(dá)和微軟這樣的公司，也正在建立自己的量子計(jì)算機(jī)一一他們甚至是Quantinuum的合作伙伴。還有一些工作要做，因?yàn)榧词沽孔佑?jì)算機(jī)聲稱精確度可以高達(dá)99%,但這也只能“確保你在進(jìn)行數(shù)百萬次計(jì)算時(shí)得到錯(cuò)誤的結(jié)果”。所有這一切解釋了為什么Quantinuum的計(jì)算機(jī)是驚人的：它看起來更像一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，而不是下一代計(jì)算技術(shù)。H2,只有一個(gè)小房間那么大QUANTUMCHINA當(dāng)天，參觀者們被禁止拍攝實(shí)際計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)中心的照片，但該公司分享了H2計(jì)算機(jī)外觀的基本示意圖。QuantinuumH2計(jì)算機(jī)的原理圖。如上圖所示，這臺(tái)計(jì)算機(jī)只有一個(gè)小房間那么大，它的組件散布在兒張桌子上，而不是像典型的超級(jí)計(jì)算機(jī)那樣被裝在一個(gè)盒狀外殼里。計(jì)算機(jī)實(shí)際上分布在兩個(gè)100平方英尺的平臺(tái)上，藍(lán)色的電纜到處都是，整齊地排列著；并通過管道進(jìn)入傳統(tǒng)的、但又是定制的計(jì)算設(shè)備，以控制計(jì)算機(jī)和環(huán)境。Quantinuum使用激光來冷卻和控制量子比特所在的“室(chamber)”。旋鈕和定制的控制裝置鋪滿了下面的桌子。計(jì)算機(jī)通常隱藏在黑色窗簾后面，以將環(huán)境隔絕在外；一群博士科學(xué)家在房間里工作，而顯示器在后面靠墻。房間里控制還著一個(gè)拇指甲大小的托盤，上面有32個(gè)量子比特。Quantinuum的計(jì)算機(jī)使用“捕獲離子”作為其量子比特的基礎(chǔ)，這意味著原子科學(xué)家將原子（來自礦物鎮(zhèn)）剝?nèi)ル娮印⒔o它們充電，并將它們放在一個(gè)限制其運(yùn)動(dòng)的小拇指甲大小的托盤中。這臺(tái)H2計(jì)算機(jī)目前是32個(gè)量子比特，但該公司說它將增長到50個(gè)。他們正在建造一個(gè)可以處理更多的原型；Stutz說，該版本將使用一個(gè)網(wǎng)格圖案的托盤，因此，現(xiàn)在用于計(jì)算機(jī)的、約100平方英尺的區(qū)域?qū)⒉恍枰蟆Ｐ⌒〉牧孔颖忍卦谝粋€(gè)大約哈密瓜大小的金屬室中，需要保持低溫,使其幾乎達(dá)到“絕對(duì)零度”一一即可能的最低溫度。這些量子比特發(fā)出光，表明它們是開著的、關(guān)著的，還是處于兩者之間的狀態(tài)。隨著Quantinuum公司使其計(jì)算機(jī)更加強(qiáng)大，它也希望隨著時(shí)間的推移縮小其規(guī)模。至于這些房間大小的電腦何時(shí)能縮小尺寸和成本，成為我們桌上的另一臺(tái)電腦，“在可預(yù)見的未來，這不會(huì)發(fā)生，"Stutz說：“