霍尼韦尔的困离子设计可能给量子计算行业带来正电荷

出版日期:2020年3月6日

介绍

虽然对量子计算的兴趣是蓬勃的，但没有一种普遍接受的方式来构建量子硬件。建立量子计算机的多样性与20世纪90年代初的处理器架构的多样性相似 - 有超导，拓扑和旋转额度以及基于FPGA的量子模拟器。霍尼韦尔正在宣布基于捕获的离子的量子计算机，有希望的市场领先的性能和中路测量的巨大索赔，同样承诺发布数据以支持这些索赔。

451年花

霍尼韦尔来自无处，有一些尖端的公告和雄心勃勃（和可衡量）的计划。这是一个有道理的，精密工程专业知识很好地建造精密量子计算机。它还据说公司已选择使用量子量 - 当今Quantum Computing进展的最佳衡量标准 - 表明它是雄心壮志的市场领导者。当然，巨大的挑战仍在等待。IBM多年来培育了一家企业和热情开发商的生态系统，并在销售对想要深入数据的企业销售的经验。霍尼韦尔的遗产较少关于销售软件和信息技术以及更多关于设计和系统的信息。另一方面，霍尼韦尔有与Quantum Computing-Aeropach，化学和材料科学中最多的行业的关系。如果霍尼韦尔符合其雄心勃勃的目标，可能是霍尼韦尔的机会。

上下文

今天量子计算面临的最大挑战是相干性。正如在我们的入门中所介绍的，一个量子位元可以有一个状态为0,1或一个确切状态不确定的非经典组合(状态的叠加)。确定性量子算法允许我们使用这种非经典状态来编码问题，然后将这些问题“分解”成一个确定的答案，比如一串0和1。相干性是一种测量量子位能在这种不确定状态下保持多长时间，从而在其上执行操作的方法——这对量子计算至关重要。但这是一个具有挑战性的问题——作为量子位元基础的微小粒子对环境和彼此都非常敏感。保持相干性是一个工程问题，涉及到低温学、材料科学、磁学和真空来隔离量子比特，同时保持移动和操纵它的能力。

这就是霍尼韦尔认为它可以利用的地方。这家工程和航空航天企业集团研究量子计算已有10年时间，它认为，自己在高精度控制系统方面的经验，将使其在更习惯于购买服务器和编写软件的科技公司无法与之竞争的领域拥有优势。具体来说，该公司一直专注于在自己的代工厂设计和制造的困离子技术。霍尼韦尔在两个地点并行开发了8个系统，每个系统专注于改善一个特定特性，并于2019年12月启动了测试计划。

霍尼韦尔的离子量子位是具有净正电荷的原子。通过操纵由微制造装置产生的场，离子可以在电磁场中“被捕获” - 离子阱。这里，离子在离子阱上方悬浮，距离表面小于100μm。霍尼韦尔装置具有线性几何形状，这意味着捕获的离子可以沿着狭窄的捕集轴移动到陷阱装置的其他部分。离子量子Qbit具有两个内部状态，0和1，并且在执行量子电路期间可以操纵它处于非经典组合状态。一旦测量量子位，记录了0或1的结果。激光器用于所有量子操作，包括初始化，门控操作和量子状态的测量。霍尼韦尔使用YTTerbium作为用于保持量子状态的物理材料，因为它的结构如此良好地定义，可以以更可预测的方式控制它。

技术

Qubits的数量通常用作量子计算机的功率的量度，尽管这是由于Qubit设计特征的实质性差异以及它们的互联方式，以创造Quantum计算机 - 最终决定如何复杂和问题如何解决问题。您不会纯粹地购买汽车尺寸。由IBM提出的量子量作为供应商 - 中性基准，是一个更突出的测量：它是一个单数度量，它量量量化了相等宽度的最大随机电路（所涉及的Qubits的数量）和深度（所执行的后续门的数量）Quantum计算机成功实现。

霍尼韦尔声称，在其公开发布的初始量子计算机将拥有64个量子容量，并承诺在未来五年每年以数量级增长(10倍)——换句话说，到2025年，一台量子计算机将比今天的量子计算机强大10万倍。霍尼韦尔表示，在8周前进入测试阶段后，其对Quantum Volume的第一次“检查”是16次，并将向公众发布测试数据。相比之下，IBM最近宣布它的“罗利”设计已经实现了32个量子容量。

霍尼韦尔表示，它之所以能够做到这一点，是因为它的离子阱结构中有精确设计和隔离的区域，以及在这些区域之间移动离子的能力。这使得它能够将量子粒子保持在一种连贯的状态更长时间，从而更容易控制它们。这种长相干时间和量子位元的物理可分离性也意味着霍尼韦尔可以实现中间电路测量。一个单独的量子位(或量子位的子集)可以在计算过程中被测量，并基于这个测量执行一个动作。这类似于传统计算中的IF语句。测量一个量子位元会导致其状态被折叠，不确定性被消除——但霍尼韦尔可以将这个量子位元重新插入到算法中，并在需要时重新初始化它，以便继续计算。这是霍尼韦尔的一个不同点。

今天，该公司正在管理其大部分知识产权作为商业秘密，因此它将硬件保持在自己的房屋上。客户可以访问量子计算机作为API的云服务，而Azure Quantum是一个接入点。

竞赛

IBM生产了一种基于超导量子位元的量子计算机，并拥有Qiskit开源开发平台。谷歌声称Quantum suprimacy.在一份研究论文中，涵盖了自己超导Qubit方法，虽然这一索赔获得了相当多的争议，但谷歌尚未将其研究商业化。离子Q，如霍尼韦尔，也在追求捕获的离子设计，但具有不同的架构，不涉及物理地将离子物理地运送到指定的区域。英特尔正在追求旋转Qubits，微软正在追求拓扑Qubits。D波系统产生超导基量子退火器，针对特定的工作负载。

过度高速公路也正在建立量子管理平台。微软推出了Azure Quantum（霍尼韦尔作为合作伙伴），亚马逊正在采用类似的方法，并在Re：2019年发明的博克特服务。