你追我赶！哈佛-MIT的256量子比特计算机即将商业化

Original 光子盒研究院光子盒 2022-07-04

收录于合集 #科技进展 391个

光子盒研究院出品

2019年，谷歌宣布其53量子比特处理器“悬铃木”在执行一项传统计算机无法管理的任务时取得了量子优势，但IBM对此提出了质疑。同年，IBM推出53比特量子计算机。2020年，IonQ推出一款32量子比特系统，该公司称其为“世界上最强大的量子计算机”。就在本周，IBM发布了新的127量子比特处理器，新闻报道称其为“设计的一个小奇迹。”

现在，自成立以来一直处于隐身模式的公司、总部位于波士顿的QuEra Computing宣布已经制造出了一种量子比特比任何竞争对手都多的设备——基于中性原子技术的256量子比特计算机。更多的量子比特意味着可以存储和处理更多的信息。

这台机器是由哈佛大学的Mikhail Lukin和Markus Greiner以及麻省理工学院(MIT)的Vladan Vuletić和Dirk Englund(都在QuEra的创始团队中)打造的。这一成果已经发表在今年7月的《自然》杂志上，光子盒也进行了报道。

随着QuEra已经融资1700万美元，该团队计划将其256量子比特的系统商业化。获得了Rakuten(日本乐天)、Day One Ventures、Frontiers Capital和领先科技投资者Serguei Beloussov以及Paul Maritz的投资。

QuEra表示，他们最近获得了DARPA资助，并已经创造了1100万美元的收入。

到目前为止，最先进的商业量子系统包含了大约50个有用的相互作用的量子比特。在这种规模下，这些机器在技术上可以提供超越经典计算机的量子计算优势，但它们无法开始解决实际的重大问题。为了应对这一挑战，QuEra专注于在两个关键领域取得重大进展：增加有用量子比特的数量和增强其可编程性。

QuEra的技术来自哈佛大学和麻省理工学院对中性原子的开创性研究，2017年，哈佛团队的一款早期型号的设备仅使用了51个量子比特；2020年，他们首次演示了256量子比特机器。该团队希望在两年内达到1000个量子比特，然后，在不改变平台的情况下，继续将系统扩展到数十万个量子比特以上。

QuEra Computing的256量子比特计算机

不同于谷歌和IBM的量子计算系统使用超导量子比特，IonQ系统使用俘获离子，QuEra的平台使用中性原子阵列，产生具有高度相干性的量子比特。这台机器使用激光脉冲使原子相互作用，激发它们进入一种能量状态——瑞典物理学家约翰尼斯·里德堡在1888年描述的“里德堡态”——在这种状态下，它们可以以稳健的方式高保真地完成量子逻辑。这种里德堡量子计算方法已经研究了几十年，但需要技术进步——例如激光和光子学——才能使其可靠地工作。

该公司的硬件使用中性原子阵列，其中数百个原子被冷却，然后通过激光场排列在一个小型真空腔中。当腔室的玻璃壁处于室温时，几毫米外的原子被激光冷却到几乎静止，达到绝对零度以上百万分之一度。这比深空温度低100多万倍，比其他行业参与者如IBM和谷歌的超导量子比特温度低1000多倍。

低温真空腔

与基于俘获离子的量子计算机不同，俘获离子在密集的区域相互排斥，QuEra的系统可以将数百个中性原子排列成亚毫米阵列。与经典计算相比，这种密度类似于90年代末英特尔CPU上的晶体管密度。

QuEra不是通过电线连接晶体管，而是通过“里德堡阻塞(Rydberg blockade)”连接其中性原子量子比特。在里德堡阻塞中，激光闪光将选定原子中的电子驱动到外轨道，导致母原子短暂“膨胀”——但前提是它不被另一个膨胀的原子阻挡。这种阻塞形成了QuEra系统的条件逻辑门，可以在短短几纳秒的时间内发生，同样类似于20世纪90年代的英特尔CPU。但与传统的CPU不同的是，量子计算机的计算能力将随着量子比特数增加而指数级提升。

QuEra还强调了其设备的增强可编程性，其中每个量子比特都是一个超冷原子。这些原子被一系列激光(“光镊”)精确排列。定位量子比特可以让机器实现编程，并针对研究的问题进行调整，甚至在计算过程中实时重新配置。

QuEra首席执行官兼QuEra技术的共同发明人Alex Keesling表示：“不同的问题需要将原子放置在不同的配置中，我们的机器的独特之处之一是，每次我们运行它(一秒可以运行好几次)，我们都可以完全重新定义量子比特的几何结构和连接性。”

QuEra已经完成了他们的第一台256量子比特设备的建设，不久将向客户开放。这种设备有望在今天(而不是几年后)通过在量子优化和量子模拟的应用来证明是有用的。这是QuEra解决当今材料、金融、化学、物流、制药等领域“不可能解决的问题”的第一步。

加州理工学院的物理学家John Preskill发现里德堡平台(不仅仅是QuEra的)很有趣，因为它们产生了高度纠缠的强相互作用量子比特——“这就是量子魔法所在，”他说。“我对在相对较短的时间内发现意想不到的事情的潜力感到非常兴奋。”

除了模拟和理解量子材料和动力学，QuEra还在研究量子算法，用于解决NP完全的计算优化问题。哈佛大学教授Mikhail Lukin说：“这些确实是涉及科学应用的有用量子优势的第一个例子。”

Keesling表示：“在当今一些影响我们每个人的最关键、也是目前不可能解决的问题上取得进展是一个巨大的机会。有了我们的第一台机器，我们很高兴开始展示量子计算机能为人类做些什么。”

QuEra的投资者之一是日本互联网服务、电子商务和金融科技公司乐天(Rakuten)，该公司有兴趣探索为4G和5G移动服务优化天线位置的问题。乐天首席数据官北川拓也(Takuya Kitagawa)表示:“此外，这项技术有望解决从配送路线、股票组合、搜索引擎到推荐等许多优化问题。QuEra将加速量子计算行业的发展轨迹，使其成为一种非未来技术，而是今天的技术。”

QuEra团队正在采取一种循序渐进的方法，它将继续提高该技术的能力，同时向打造具有数千个逻辑量子比特的“通用量子计算机”的目标靠近。

关于QuEra

QuEra Computing Inc.致力于建造世界上最强大的量子计算机，以计算当前不可能解决的问题的答案。QuEra的中性原子技术基于哈佛大学和麻省理工学院的专利研究，使用高度可扩展、可编程的中性原子阵列作为行业领先的计算平台。QuEra致力于解决优化、模拟、材料科学、制药、金融和机器学习等商业应用中的关键但对于经典计算来说棘手的问题。

参考链接：

[1]https://www.quera.com/news

[2]https://www.technologyreview.com/2021/11/17/1040243/quantum-computer-256-bit-startup/

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