今年3月,量子客报道过,霍尼韦尔[1]宣布3个月后将会发布世界最强量子计算机。我们一直关注其动向,眼看6月中旬已过。今日,霍尼韦尔实现过去的承诺,最强设备如约而至。经过霍尼韦尔科学家、工程师和技术人员组成的团队长期的不懈努力,现已经建造了目前世界上性能最好的量子计算机。

霍尼韦尔量子计算机的量子体积为64(Quantum volume),其性能是上一代量子计算机的两倍。更高的容量,意味着人们利用量子计算机解决经典计算机不能解决的计算问题,更近一步,这是巨大利好消息。据霍尼韦尔量子解决方案公司总裁介绍。霍尼韦尔的量子计算机拥有质量最高、错误率最低的可用量子比特,而且使用相同的、全连接(fully connected)的量子比特和精确控制的组合。

 

霍尼韦尔量子计算

 提到量子计算机,必然提到计算机。因为,人们需要想象这个新物种到底长什么样,是从计算机这个关键字入手。先回到过去,第一代计算机差不多占据一个大房间,而且到处是线材,庞大无比,耗电量巨大,看起来略混乱。

 

霍尼韦尔官宣,世界最强量子计算机正式发布-量子客
图1 | 世界上第一台電子計算機ENIAC (来源:gettyimages)
 

有这个印像后,回到霍尼韦尔的量子计算机主题上来。

首先,想象它具有一个真空不锈钢球体容器,它大约有一个篮球那么大, 并带有允许激光进入的入口,容器已抽出其中的空气,它所包含的真空粒子是外太空的五分之一。

霍尼韦尔官宣,世界最强量子计算机正式发布-量子客
图2| 霍尼韦尔的量子设备 (来源CNET)
 

然后使用液态氦低温冷却,使离子阱芯片的温度高于绝对零度10度(-262.78开尔文,大约-441华氏度,这比冥王星的表面温度还低)。在离子阱上方,预先设计的电场使单个原子悬浮在0.1毫米处,离子阱是一个覆盖着四分之一硬币大小的金的硅芯片。科学家们用激光照射这些带正电荷的原子来执行量子操作。这样的技术在人来史上都是前沿和非凡,控制原子,是历史性的革命。如果我们想要更好的理解原子的大小。尝试手握成拳,你手里就握了大约一万亿个原子。

同时,为了信息的写入、读出,量子计算机的控制设备也相当复杂,在用于量子信息算法的复杂过程中,控制系统必须精确地操控移动离子(量子比特)所需的数百个独立电信号。由于所有的操作都是用激光来完成,因此许多光学元件在光学表格上排列成一条直线,每个光学元件都指定了正确的光线颜色。

 

霍尼韦尔官宣,世界最强量子计算机正式发布-量子客
图3| 离子操控 (来源CNET)

所有这些基础设施大约占用了两个大型光学平台(大约170cm,600.86cm长) ,这里占用了相当大的空间,因为真正的计算能力是由悬浮在陷阱表面上的少量原子控制的。

 

量子计算机将用来解决什么问题?

提及量子计算机能用来解决什么问题,都是老生常谈了。量子计算机通过并行运算的特性,早已经在众多权威机构阐述过。经典计算机(传统电子计算机)一直只能保持的0、1状态,在被量子物理学的特性改变,而且是本质性的改变。

量子叠加(Superpostion)将过去这种非0即1的形式带入了另一个层次,叠加允许0&1的转状态存在,这使得量子计算机计算的性能也因此进入全新的世界。而且与传统计算线性增长比较,量子计算机的计算速度将随物理设备的扩容而呈指数级的增长。

这意味着,过去超级计算机不能完成的任务,未来会在量子计算机上得到可靠的解。比如前期量子客介绍过的《从旅行商问题讨论量子计算机在生活中的应用》,即使当今最强的超级计算机,在旅行者路径增加后,几乎不能在有限的时间里给出结果。

 

量子计算的未来

霍尼韦尔官方表示,着手建造量子计算机时,优先考虑的是创建最高质量的量子比特,重点是消除系统中较小数量的量子比特上存在的错误,然后努力扩大量子比特的数量。为了在量子运算中实现低误差,霍尼韦尔向机器中添加的每个新量子比特都会扩大量子体积。这和过去的摩尔定律似乎在未来会有某种联系(比如一定规律的翻倍或指数增长)。这意味着,未来霍尼韦尔能给合作客户增加量子计算的能力。

在量子计算生态建设中,最大的合作者是微软公司。此前量子客在《微软官宣,推出量子计算云服务Azure Quantum》一文中提到,霍尼韦尔是Microsoft Azure Quantum的后端合作伙伴之一,霍尼韦尔将能够通过自身的界面以及 Azure Quantum 门户为客户提供对量子计算机的远程访问和使用。微软全球企业用户基数庞大,霍尼韦尔竞争力一流。

当然,量子计算最终目的是提供精确的计算,得到最佳的解决方案。

 

参考链接:

https://www.honeywell.com/

 

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作者 | 量子客      编 辑 | 丁艳