基于超导、半导体的量子计算技术已经研究多年,如 IBM,Rigetti,Google,和 D-Wave (量子退火)在此技术上有很深的渗透,而离子阱(ion trap)技术现在正逐渐进入量子计算的主流技术。

大科技公司在适配离子阱

近日,IBM 宣布其 Qiskit 量子计算开发框架支持奥地利Alpine Quantum Technologies (AQT)的离子阱技术。 而刚在一周前,位于美国的离子阱初创公司 IonQ 与微软共同推出了其新云平台 Azure Quantum
 
纵然,离子阱技术在竞争中是否占据重要地位还不确定。 但相比超导与半导,它具有一些天然的优势,如不需要超导、半导体系统的极低温工作环境就是一大亮点。 另外,尽管栅极开关比较慢,但离子阱量子比特的相干(Coherence)时间比较长。
 
目前,美国国家科学基金会(NSF)至少资助了一项研究离子阱技术的工作(STAQ) ,IonQ 已经相当详细地阐述了它们的计划(截止发文,没有听到中国的公司宣称他们在该领域的计划)。IonQ提供了一个好消息,即当量子计算不同硬件实施技术被探索出来时,我们将会看到一些有趣的事情,甚至得到意想不到的突破。

跨平台软件框架

IBM上周在博客中[1]宣布了扩展的Qiskit功能(Qiskit可以一次编写,多体系结构支持)。他们在博客里也详细的表达了,在当前的研究背景下,希望有一个可以在可用的Qubit技术上普遍应用的软件框架。而Qiskit框架,正向着这个方向前进。
 
基于此,Qiskit 可以利用 AQT 托管的因斯布鲁克大学空间站(UIBK)上实验用的5量子比特离子阱装置。 这对除了超导、半导量子计算技术之外的技术提供支持,其意义重大。 量子计算的新工具也正在不断涌现,因此上述所提及的方法很可能实现。 此外,考虑到实现量子计算硬件技术谁将占上风的不确定性,各种开发工具的开发人员似乎都在探索如何使他们的产品具备跨平台“兼容”。
 

下面引用一下 IBM 在博客中的一段摘录和附图:

 
“最新的 Qiskit 0.13版本支持通过引入 XX-或者 Mølmer-Sørenson (MS) 门在超导和离子阱门之间转换,以及 Qiskit-aqt-provider 与Innsbruck设备的通信,从而支持离子阱装置。 为了实现这样的支持,从概念到数据总共花了三天时间,并突出将不同的量子硬件平台纳入 Qiskit 框架的难易程度。 在这里,我们将展示这些新特性,并演示 Qiskit 用户如何一次编写量子电路,并在IBM Q和AQT 后端无缝执行它。
       
其次,为了运行电路,用户必须能够访问新的量子计算设备。 在 Qiskit,这需要编写一个“硬件提供者”来处理 API的连接、身份验证以及 Qiskit 和主机后端之间的任务提交和检索。 这种格式在 Qiskit 规范中有详细说明。

      IBM Q开启离子阱量子计算硬件适配-量子客

一旦编写完成,用户就可以在 Qiskit 编写量子电路,只需导入硬件供应商,就可以为通过供应商访问的设备编译量子电路。 这意味着任何建立在 Qiskit 的库,无论是量子应用程序或算法(Aqua) ,还是基准测试和噪音估算工具(Ignis) ,都可以毫不费力地开发和应用于多种量子计算技术后端。”

 IBM Q开启离子阱量子计算硬件适配-量子客

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该博客很好地介绍了 Qiskit 如何与离子阱技术结合使用的几个例子。
 
但是目前 Qiskit并不支持 IonQ。 可能是因为最近与微软 Azure Quantum 有合作,微软表示: “这次合作将使微软 Azure Quantum 的客户能够使用现有的微软工具,如 Q # 、 QDK 和 Visual Studio,在世界上最精确的量子计算机上运行自己的计算任务。 这种合作使 IonQ 能够专注于量子硬件,并利用微软在量子软件工具方面的不断创新。
 
IonQ 的首席执行官Peter Chapman曾说很高兴看到 Azure Quantum 的客户能在 IonQ 量子计算机上运行他们的程序。从这些媒体的报道里已经看到了来自各个方面对基于离子阱量子计算方法的兴趣,当然,能够通过微软的网络扩展,将使其在量子计算行业竞争中具如虎添翼的优势,以展示他们的量子硬件竞争能力。
 
[1]https://www.IBM.com/blogs/research/2019/11/qiskit-for-multiple-architectures/