一则QV400万的量子计算突破,轰动了整个圈子。而且IBM在前不久才全部实现了QV128。

日,著名离子阱量子初创公司IonQ发布了该公司离子阱量子计算机未来五年发展路线规划图,公司计划在2023年之前,部署机架式模块化量子计算机,体积小,能够连通数据中心的网络

IonQ官宣离子阱量子计算机路线图:2023年实现量子机器学习,2025年实现广泛量子优势-量子客
图1|IonQ的五年路线图(来源:IonQ)

公司预计这一行动将为机器学习带来新的量子优势,并计划于2025年实现“广泛的量子优势”(broad quantum advantage),在多数问题上带来强优势。

今年10月,IonQ新发布了一个内部测试版的32量子比特量子计算机,并承诺两台新一代计算机正在研制中。而关于路线图,当时公司表示在未来六周左右就可发布,今天,如期而至

量子计算利用量子比特执行经典计算机可能无法想象的计算,但其计算能力可能会受到多种因素的干扰。比如量子比特寿命、相干时间、门保真度、量子比特数量等。再者,量子计算机需要满足诸多准则,可编程的量子计算机,才能向着通用量子计算机的方向发展。

由于这些因素,业界对于量子比特物理单元的最终形态还未达成共识,诸如低温超导拓扑量子计算等技术路线依旧高速前进中,所以很难用单一的度量标准来比较量子计算机。

IonQ的首席执行官Peter Chapman此前曾解释过量子计算未来将如何改变人工智能[2],以及公司是如何制定路线图的。

IonQ官宣离子阱量子计算机路线图:2023年实现量子机器学习,2025年实现广泛量子优势-量子客
图2|Peter Chapman(来源:IonQ)

他表示,IonQ的目标是每年将物理量子比特的数量增加一倍或更多,以帮助用户获得量子优势。然而, 物理量子比特并不能说明问题的全部。

 

算法量子比特

IonQ提出了一个新的度量标准——算法量子比特(Algorithmic Qubits),采用IBM以2为底的量子体积的对数,但这也无法有效地检测量子计算机性能[3]。

随着量子计算机的发展,量子体积数量增长过快,导致其无法成为完美独家度量标准。而这点在IonQ实现了400万量子体积时,全球研究者(包括IonQ本身)都深刻地意识到了。

因此,IonQ定义算法量子比特为:一个典型量子程序可以部署的数量最大的、可完美运行的量子比特,且基准测试中将纠错考虑了进去。

这与量子比特数量有着直接关系,表示特定量子计算机中,“有用”的编码量子比特的数量。算法量子比特是对给定输入大小执行真实量子算法能力的代理

IonQ甚至引入了算法量子比特计算器[4],来帮助比较量子计算系统。当然,不出所料,利用算法量子比特计算器对比的结果显示,IonQ的量子计算机名列前茅。

IonQ官宣离子阱量子计算机路线图:2023年实现量子机器学习,2025年实现广泛量子优势-量子客
图3|IonQ算法量子比特计算器(来源:IonQ)

IonQ希望算法量子比特能够代替基于物理比特数量的比较,也许不久后就能得知,IBM、霍尼韦尔、Xanadu和Psiquantum这些公司,是否愿意采用新的度量标准。

 

五年路线图

无论如何,IonQ正在使用算法量子比特度量标准,来规划制定他的路线图。公司将专注于提升量子逻辑门操作的质量,以继续增加算法量子比特或可用量子比特。

然后,公司将以较低的开销实现量子纠错,扩展物理量子比特的数量,以进一步提高度量标准。

IonQ最新发布的32量子比特系统中,包含22个算法量子比特,达到了99.9%的保真度。而根据其未来五年路线图,公司预计2023年实现29个算法量子比特的量子计算机,从而能够在机器学习中,树立量子优势。

IonQ官宣离子阱量子计算机路线图:2023年实现量子机器学习,2025年实现广泛量子优势-量子客
图4|机器学习中的量子优势(来源:eeNews)

Chapman对外公开表示,去年公司发布的量子计算机在机器学习方面有了一些初步进展,尽管系统十分嘈杂。因此,将量子优势带入机器学习,对于公司来说不难实现

 

广泛的量子优势

IonQ预计,其第三代量子计算机将于2025年推出,采用16:1的纠错码,具有64个算法量子比特。而在2025年后的三年中,算法量子比特的度量标准将会被提高,到时候也许会采用32:1的纠错码。

Chapman说,大多数人都认为,实现广泛的量子优势需要有大约72个量子比特,而那时(在2024-2025年左右)量子计算机有可能取代超级计算机解决大问题

正如文章开头所说,IonQ的目标是在2023年之前,部署机架式模块化量子计算机,可能以6U尺寸在常温下运行,且全部安装在量子网络上。

IonQ目前使用“广泛的量子优势”作为衡量标准,与谷歌和中国的科学家所用的“量子霸权”(quantum supremacy)区分开来。

IonQ官宣离子阱量子计算机路线图:2023年实现量子机器学习,2025年实现广泛量子优势-量子客
图5|量子计算优势(来源:Nature)

借用IonQ首席执行官的一句话不可否认,所有的实验成果都非常卓越,但都只是属于学术界里程碑工程化是工业界极度关心的问题,交互给用户的不可能是一纸论文。

IonQ认为,目前的现状是,公司中的应用程序应该由开发人员来决定是否在量子计算机上执行计算而这与学术无关

时值2020,全球量子计算发展火热,中国“九章”炸裂式的问世[5],虽然在工程化方面依旧有太多路需要走,但对行业影响深远,对中国量子技术事业推动力非凡。

在这个节骨眼上,就差普通开发人员的一句话:我认为解决这个问题,放到量子计算机里,会处理更好。

这句话,会远吗?

 

引用

[1]https://venturebeat.com/2020/12/09/ionq-roadmap-quantum-machine-learning-2023-broad-quantum-advantage-2025/

[2]https://venturebeat.com/2020/05/09/ionq-ceo-peter-chapman-on-how-quantum-computing-will-change-the-future-of-ai/

[3]https://venturebeat.com/2020/03/08/why-honeywell-cant-claim-the-worlds-most-powerful-quantum-computer/

[4]https://ionq.com/algorithmic-qubit-calculator

[5]http://www.quantumcas.ac.cn/2020/1204/c20525a462639/page.htm

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:丁艳