昨天(3月7日),霍尼韦尔又双叒叕刷新了量子体积的新纪录[1]。

 

1. 霍尼韦尔最强设备发展历程

几乎是去年的同一时间,2020年3月4日,霍尼韦尔官宣,将在随后的3个月内,发布全球性能最强大的量子计算机。其中,该量子计算机的量子体积将达到64

霍尼韦尔量子解决方案公司总裁Tony Uttley表示,他们只需用几个离子阱量子比特的量子计算机,便可以超越谷歌当时实现“量子霸权”的量子计算机Sycamore。

2020年6月19日,霍尼韦尔兑现承诺,最强设备如约而至。霍尼韦尔量子计算机系统模型H0的量子体积为64,其性能是上一代量子计算机的两倍。

总裁Tony Uttley介绍,其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、全连接的量子比特和精确控制的组合。

2020年10月1日,时隔3个月,霍尼韦尔宣布将再次发布全球最强量子计算机,其在量子体积上翻了一番,由之前的QV64增加到QV128

总裁Tony Uttley表示,霍尼韦尔提供了独特的技术,例如高保真度和全连接量子比特,以及中间线路测量和量子比特重用。

2020年10月29日,霍尼韦尔宣布推出新一代量子计算机——系统模型H1。H1采用了霍尼韦尔的差异化量子电荷耦合器件离子阱技术,且可以在其整个生命周期内进行快速升级。

作为其发布公告的一部分,霍尼韦尔还发布了其长期的量子计算技术路线图

该路线图显示,霍尼韦尔将在2030年代的某个时候实现容错量子计算机,而这十年间,霍尼韦尔将推出5代系统模型,目前已经发布的是H1。

总裁Tony Uttley表示,霍尼韦尔的量子计算路线图印证了其致力于实现量子业务商业规模的承诺。未来将通过增加量子比特数,或提高保真度以及性能修正,来持续不断地升级H1代系统。

世界记录诞生:全球首台商用512QV量子计算机发布(附参数详解)-量子客
图1|Tony Uttley(来源:Forbes)

 

2. 再次刷新最强记录

时间来到2021年3月7日,就在昨天,霍尼韦尔量子解决方案公司宣布,其再次刷新了量子计算机的性能,实现了又一里程碑。

其系统模型H1的量子体积翻了两番,达到512量子体积,成为全球首台512量子体积的商用量子计算机。

这是霍尼韦尔在9个月内,第三次创造量子体积的行业纪录。

总裁Tony Uttley表示,考虑到霍尼韦尔仅在不到一年前,就推出了其首个商业技术,所以此项成就意义非凡。系统模型H1再次成为全球性能最强大的量子计算系统

霍尼韦尔团队花费几个月,与宝马、DHL、摩根大通、三星等商业客户进行项目合作,并对系统型号H1进行升级。

总裁Tony Uttley补充说,通过为商业合作伙伴探索并突破极限,霍尼韦尔对其硬件进行改进,并将其量子体积翻两番。

 

3. 量子体积指标

量子体积的概念出现在几年前,当时开发者和用户都在努力解决,该如何评估量子硬件技术的性能,及其不同程度的操作保真度。

其作为一个衡量量子计算机性能的专用指标,影响因素包括量子比特数、测量误差、设备交叉通信及设备连接、线路软件编译效率等。

单凭增加量子比特的数量来扩大量子体积是不够的,而量子体积越大,量子计算机性能就越强大,能解决的实际问题就越多

凭借行业领先的量子操作保真度,和全连接量子比特,尽管霍尼韦尔的物理量子比特比其他许多商业系统要少,但其离子阱技术在这一指标上依旧表现出色

 

4. 技术参数及未来目标

总裁Tony Uttley表示,霍尼韦尔将继续提升其量子体积性能,但同时也专注于消除错误并提高系统的准确度。

的确,自首发之后,系统模型H1一直在改进。对于全连接量子比特,平均单量子比特门保真度达到了99.991(8)%,平均双量子比特门保真度达到了99.76(3)%,测量保真度为99.75(3)%[2]。

霍尼韦尔运行了300条线路,每条线路进行20次操作,使用标准的量子体积优化技术,平均每条线路包含76.82个双量子比特门。

世界记录诞生:全球首台商用512QV量子计算机发布(附参数详解)-量子客
图2|量子体积测试结果(来源:霍尼韦尔)

上图显示了霍尼韦尔量子解决方案的量子体积测试的突破性成果,以及每个测试通过的日期。数据显示,所有测试均高于2/3阈值。

 霍尼韦尔的系统成功通过量子体积512的测试,在73.32%的时间内输出重大的结果,用于测试量子体积的算法产生2/3阈值及以上结果的置信度是99.54%。

世界记录诞生:全球首台商用512QV量子计算机发布(附参数详解)-量子客
图3|量子线路指数测试结果(来源:霍尼韦尔)

上图显示了在量子体积为512时,每次输出的重大结果。蓝线是重大结果的平均值,红线是2-sigma的下限误差条。在151次循环之后,该误差条跨越了2/3阈值。

霍尼韦尔的量子系统可以直接访问,也可以通过生态系统合作伙伴平台访问,包括微软的Azure量子云平台、剑桥量子计算的tket、Zapata Computing的Orquestra以及Strangeworks平台。

除了提供高保真度、全连接的量子比特外,霍尼韦尔的系统还具备中间线路测量特性,使得用户能够探索新的量子算法,并大大减少某些特定算法所需的量子比特数量。

 

5. 技术参数说明

量子体积(Quantum Volume, QV

由IBM制定的关于量子设备的性能度量标准,不仅考虑量子比特的数量,还要考虑量子比特的连通性门的测量误差相干时间的增加设备串扰的减少,以及软件对线路编译效率的改进等随着量子体积的增加,量子计算机解决真正复杂问题的能力则越强。

 

极限保真度(Typical Limiting Fidelity)

对于保真度,数字越高越好。系统的极限保真度量化了得到正确答案的频率。

 

相干时间(Coherence Time)

指量子比特保持其叠加状态的持续时间长短。其退相干时间越长,则运行效率越高。在进行量子计算实验时,所有的量子操作要在量子退相干之前完成,才能保证量子操作的保真度。量子比特中相干性的丧失,导致量子比特的叠加态坍缩为经典态。 这可能是由于有意测量量子比特,也可能是由于系统中的噪声或故障所导致。

 

全连接(Full Connectivity)

连通性定义了量子计算机中可以纠缠的量子比特对。一些硬件可以将纠缠操作直接应用于系统中的任何两个物理量子比特。其他硬件只能在物理上彼此相邻的量子比特对上运行。 全连接意味着任何量子比特都可以与任何其他量子比特直接交互,而无需中间量子比特交互。这样可以实现更深的量子线路和更高级的算法,从而以更少的步骤解决问题,并充分利用量子比特有限的相干时间。

 

中间线路测量(Mid-circuit Measurement)

中间线路测量是一项独特的功能,它允许在量子线路末端以外的其他位置选择性地测量量子比特。测得的量子比特的量子信息坍塌为经典状态(0或1),但是未测出的量子比特保留其量子状态。根据测得的量子比特,用户可以决定在线路中进一步采取什么措施。而量子比特一旦被测量,就可以将其重新初始化并重新整合到量子线路中,以重新用于其他操作。这样,可以用较少数量的量子比特对较大的系统建模。

 

高分辨率旋转(High-resolution Rotations)

霍尼韦尔系统模型H1使用基于激光的门来实现单量子比特门操作中的精确旋转,而不需要进行多步复合操作来产生相同的旋转角度。这样可以在线路深度范围内提高操作效率。

 

 

参考链接:

[1]https://www.honeywell.com/us/en/news/2021/03/quantum-milestone-how-we-quadrupled-performance

[2]https://www.honeywell.com/us/en/news/2021/03/honeywell-sets-new-record-for-quantum-computing-performance

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:丁 艳