霍尼韋爾的量子解決方案

提到霍尼韋爾公司的產(chǎn)品，最先想到的無外乎口罩、溫控器、航空電子系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)。這些產(chǎn)業(yè)支撐起了這家成立超過 100 年，員工超過 13 萬的 “世界百強” 企業(yè)。

而幾乎不為人知的是，它還擁有一支非常神秘的科研團(tuán)隊，在嘗試攻克這個時代最尖端的技術(shù)之一——量子計算。

3 月 3 日，霍尼韋爾在官網(wǎng)宣布，“得益于技術(shù)上的突破，我們有望在未來的 3 個月內(nèi)推出世界上最強大的量子計算機，其量子體積至少可達(dá) 64（編者注：量子計算機專用性能指標(biāo)），是行業(yè)內(nèi)競品的兩倍”。

該研究成果以論文形式發(fā)表在預(yù)印本平臺 arXiv 上。依照描述，這臺號稱 “全球最強” 的量子計算機是依靠 “離子阱系統(tǒng)” 實現(xiàn)的，而非 IBM 和谷歌使用的超導(dǎo)量子技術(shù)。

值得注意的是，研究人員在最高僅實現(xiàn)了 16 量子體積的實驗，并且對未來進(jìn)一步拓展表示樂觀。至于官方宣稱的 64 量子體積，能否真的實現(xiàn)并如期推出，還需要時間的檢驗。

IBM 的 Q System One 量子計算機

與此同時，霍尼韋爾還宣布，未來將在微軟 Azure 云服務(wù)平臺上開放量子計算機的使用渠道，并且與摩根大通合作研究如何在金融服務(wù)中應(yīng)用量子計算。此外，它還戰(zhàn)略投資了兩家量子軟件和算法初創(chuàng)公司 Cambridge Quantum Computing 和 Zapata Computing。

不同的量子計算解決方案

在量子計算領(lǐng)域，外界除了關(guān)注 D-Wave 和 IonQ 這樣的只專注于量子計算研究的公司，剩下的注意力幾乎完全聚焦在 IBM、谷歌、英特爾和微軟等科技巨頭身上。

因此在此次官宣之前，霍尼韋爾旗下的量子解決方案部門一直鮮為人知，亦或是其行事比較低調(diào)。

官網(wǎng)資料顯示，最早有關(guān)量子解決方案部門的新聞發(fā)表于 2018 年 9 月，文章簡單介紹了霍尼韋爾啟動量子計算研究的背景。

按照部門總裁 Tony Uttley 的描述，霍尼韋爾研究員在“10年前就提出過這一大膽的想法”，但之后一直在進(jìn)行戰(zhàn)略投資和鋪墊，直到“幾年前”才選定了研究方向，正式進(jìn)軍。

事實上，在量子計算領(lǐng)域，很多公司都在嘗試不同的研究方向和解決方案。去年爭奪 “量子優(yōu)越性” 的 IBM 和谷歌使用了超導(dǎo)量子技術(shù)，而微軟和英特爾分別選擇了較為冷門的拓?fù)淞孔雍凸枇孔蛹夹g(shù)，另一家專注于量子計算研究 20 年的公司 D-Wave 則使用了量子退火技術(shù)。

與這些都不同的是，霍尼韋爾選擇了離子阱系統(tǒng)作為主要研究方向，另一家比較有名的初創(chuàng)公司 IonQ 走的也是這條路。

以這種技術(shù)為基礎(chǔ)的量子計算機使用離子作為量子比特，實現(xiàn)基本的運算和邏輯單元。所謂的 “離子阱” 指的是一套利用電磁場俘獲和囚禁離子的系統(tǒng)，被俘獲的離子只能在一定范圍內(nèi)活動，繼而允許人類通過改變電場來操控它們。

離子阱系統(tǒng)驅(qū)動的量子計算機

研究人員指出，離子阱的優(yōu)勢在于可以維持較長的量子比特相干時間，能夠執(zhí)行高保真度的量子態(tài)測量與量子門操作，而且理論上任意兩個量子比特（離子）都存在可控的相互作用，形成獨特的全連接性。這意味著運算準(zhǔn)確率更高，但速度相比超導(dǎo)量子技術(shù)較慢。

在實驗中，研究團(tuán)隊設(shè)計了一個使用底切蝕刻金電極制造的二維離子阱，放置于 12.6 開爾文（零下 260.5 度）的低溫環(huán)境中。隨后他們將一個鐿離子（171Yb+）和一個鋇離子（138Ba+）配成一對，其中鐿離子是運算用量子比特，鋇離子則起到協(xié)同冷卻的作用。在一套電路中，這些離子可以組成 Yb-Ba 對，也可以組成 Ba-Yb-Yb-Ba 或 Yb-Ba-Ba-Yb 這樣的四離子結(jié)晶對。

研究人員表示，配合霍尼韋爾內(nèi)部的云服務(wù)和獨特算法，可以實現(xiàn)通過 FPGA（場域可編程邏輯門陣列）執(zhí)行特定的量子電路。從可執(zhí)行的任務(wù)上看，它可以實現(xiàn)暫停量子計算，讀取量子比特狀態(tài)，然后根據(jù)結(jié)果選擇不同的路徑重新開始計算。這為執(zhí)行傳統(tǒng)編程語言中類似 “if” 的語句打下了鋪墊。

在測試中，研究人員計算了量子電路的量子比特數(shù)量和門保真度，由此得出的量子體積越大，說明綜合性能越強（這一指標(biāo)由 IBM 提出）。結(jié)果顯示，這種計算架構(gòu)符合量子體積 16 的標(biāo)準(zhǔn)，與 IBM 在 2019 年初推出的 “Q System One” 量子計算系統(tǒng)持平。

在論文的結(jié)尾，研究人員并未直接點出要打造 “64 量子體積” 的設(shè)備，而是肯定了離子阱系統(tǒng)的保真度，強調(diào)了以此為基礎(chǔ)的量子計算發(fā)展方向是“有希望的”，最終比較樂觀地表示“正在進(jìn)一步追求架構(gòu)的拓展性”。

“業(yè)界最強”的名號向來是眾多科技公司爭奪的目標(biāo)，在量子計算領(lǐng)域也不例外。除開去年 IBM 和谷歌爭奪的 “量子優(yōu)越性”，早在 2018 年 12 月，同樣選擇“離子阱” 道路的 IonQ 就已經(jīng)公布了自己的研究成果：使用三維離子阱，最多支持 160 量子比特，可以實現(xiàn) 79 量子比特長度上的單比特門操縱，維持高保真度等等。在當(dāng)時而言，這套數(shù)據(jù)超過了超導(dǎo)量子技術(shù)一大截。由此可見，霍尼韋爾的 “全球最強量子計算機” 能不能服眾，還需要靠成果說話。

雖然量子計算的解決方案之爭仍在繼續(xù)，但可以肯定的是，作為《麻省理工科技評論》2020 年 “全球十大突破性技術(shù)” 之一，隨著其飛速發(fā)展，金融、數(shù)據(jù)、物流、通訊、材料、制藥和制造等行業(yè)必然會受到深遠(yuǎn)影響。（摘自美《深科技》）（編輯/諾伊克）