认定离子阱！美国霍尼韦尔量子计算机又有新突破

2020年，在量子计算机的研发方面，霍尼韦尔表现得十分“高调”。

上周，霍尼韦尔在官网宣布推出最新一代的离子阱量子计算机，即System Model H1， H1使用了离子阱技术，拥有10个完全连接的量子比特，可以达到128的量子体积。

（The linear H0/H1 ion trap）

时间回到今年的6月份，霍尼韦尔宣布研发出世界上最快的量子计算机，其H0量子计算机的量子体积为64，是当时IBM量子计算机Raleigh的两倍（IBM的量子计算机在今年8月份达到64量子体积）。

就在一个月前，霍尼韦尔又宣布其量子计算机的量子体积从64增加到128。测试显示，当时的霍尼韦尔量子计算机，对于全连接量子比特，平均单量子比特保真度为99.97% ，平均两量子门保真度为99.54% 。

如今升级版的H1，采用了量子电荷耦合件（QCCD）架构，可在其整个生命周期内进行快速升级。H1在保持单量子比特门保真度≥99.97％和两个量子比特门保真度≥99.5％的同时，增加了可用的量子比特数，用户预计测量串器M扰误差为0.2%（目前商用系统上测得的最低值），具有“中间电路测量”和“量子比特重复使用”的特性。

除了最新的System Model H1量子计算机外，霍尼韦尔表示已经开始System Model H2的交互活动，H3以及更往后的开发也在进行中，未来十年将从10个量子比特到40个量子比特，实现All- to-all连接，朝着下一代可容错、可大规模部署的设备迈进。

（霍尼韦尔未来十年量子计算路线图）

霍尼韦尔官方表示：“霍尼韦尔的量子计算路线图印证了我们致力于实现量子业务商业规模的承诺。我们基于订阅的模式，为企业客户提供了访问霍尼韦尔系统的途径。我们也能够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。”

认定离子阱技术

霍尼韦尔从十年前就开始探索量子计算，选择使用离子阱技术并非偶然。

离子阱，又称离子囚禁，其技术原理是利用电荷与电磁场间的交互作用力牵制带电粒子体运动，并利用受限离子的基态和激发态组成的两个能级作为量子比特。离子阱量子计算机具有量子比特品质高、相干时间较长、量子比特的制备和读出效率较高等三大特点。

霍尼韦尔量子计算部门总裁曾表示：为什么离子阱技术如此令人兴奋？因为这种高保真系统，能够真正快速地提高这些量子计算机的计算能力。霍尼韦尔通过离子阱技术利用电磁场来囚禁每一个离子，并对被囚禁的离子采用激光脉冲加以操作和编码，从而实现更大难度的计算任务。

（IonQ）

今年10月1日，也就在霍尼韦尔推出量子体积128的量子计算机的第二天，美国另一家追求离子阱技术的量子计算公司IonQ，推出了拥有32个“完美的”量子比特、量子体积预计超400万的量子计算机，震惊整个行业。

IonQ还于近日开设了新的量子数据中心，可容纳至少10台量子计算机，并聘请了剑桥量子计算公司前首席商务办公室的Denise Ruffner担任业务开发副总裁、谷歌量子工程团队的Dave Bacon担任软件副总裁。Dave Bacon表示：IonQ的离子阱技术演示使我确信，现在正是加入IonQ的时候。

离子阱技术不断突破

科学家对离子阱技术的探索也从未止步，近期更是喜讯频频。

来自苏黎世联邦理工学院（ETH）的研究小组，设计实现了一种适用于离子阱量子计算系统的新型集成光学布线，将光学布线和离子阱制备在同一块芯片上，并且将激光通过光纤直接耦合到芯片内部，通过这种新型设计，该研究小组实现了对囚禁离子的基态激光冷却，以及保真度达到99.3%的两比特纠缠门操作。

来自麻省理工学院林肯实验室的研究人员，在离子阱量子计算机和量子传感器的发展上，迈出了至关重要的一步。《自然》杂志中，研究人员描述了这种可以插入离子阱芯片的光纤模块，将光耦合到芯片本身中制造的光波导。通过这些波导，多种波长（颜色）的光可以穿过芯片散发出来，从而撞击到其上方的离子。” 他们已经弄清楚了如何使用光纤和光子，将激光脉冲直接传送到腔室内，并将它们对准在芯片上的各个离子之上。

目前的量子计算主流技术路线中，离子阱是人们最为看好的技术之一，学术界和产业界的不断突破，更是让大家对这一技术充满期待，离子阱量子计算机的未来会怎样，让我们拭目以待！

了解“天算1号”

启科量子专注于量子通信设备制造与量子计算机全栈式开发，致力于发展千比特分布式量子计算机，帮助用户推动计算能力、运营成本和速度的改进并从中受益。

“天算1号”量子计算机实验室原型 （离子阱分布式全纠缠）

启科量子在离子阱量子计算机系统研制方面有20多年的技术积累及实践经验，公司量子计算首席科学家在全球首块半导体离子阱芯片上率先实现稀土离子量子比特测控，团队在国内已建成具有离子-声子-光子符合纠缠功能的囚禁系统，率先研发分布式通用离子阱量子计算机，计划将在2~3年内完成百比特分布式离子阱量子计算机“天算1号”。