透過全然不同的「離子阱」技術,Honeywell 宣稱打造世界最強大的商用量子電腦

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 04 日 14:47 | 分類 尖端科技 , 晶片 , 零組件 Telegram share ! follow us in feedly


目前 Google、IBM 等量子運算(Quantum Computing)先驅莫不採用 Transmon 製造技術打造量子電腦(QC)。令人跌破眼鏡的是,以空氣清淨機聞名於世的 Honeywell 宣布以全然不同的「離子阱」(Ion Trap)技術成功製造出量子電腦,預計今年稍晚透過微軟 Azure 雲端服務提供使用者存取。Honeywell 宣稱,產品是迄今最強大的商用量子電腦。 

多年來,專家致力開發各種可以運行量子演算法的系統,但唯有兼顧易於操控或確保狀態維持持久性等各種有用特性,才能打造出真正實用的量子運算解決方案。過去幾年,許多公司找到如何製造大量固態量子位元(Solid-State Qubit)的方法,亦即 Transmon 製造技術,由於與現有晶片製造技術相似,因此新興市場許多主要參與者(包括 Google、IBM 和 Rigetti)都選擇採用 Transmon 技術。

但 Transmon 也不理想,因需要控制在超低溫狀態,技術雖然不錯,卻不擅長保持狀態。除了 Transmon,尚有另一個受看好的「離子阱」技術,如今眾所周知的國防工業承包商和材料供應商 Honeywell 便押注打造自家量子電腦,成為量子運算市場的新成員。

離子阱式 QC 只需液氦製冷,Transmon-based QC 需複雜的稀釋製冷系統

Transmon 量子位元工作原理是讓電流在連接到某諧振器(Resonator)的超導線迴路循環流通,允許控制和讀出電流狀態。然而,超導線與諧振器都需要製造。此外,所有硬體都必須保持在極冷狀態下(接近絕對零度),以便讓相對較大的物體保持在量子基態下。

陷獲離子(Trapped Ion)為這些挑戰提供解決之道。實際的量子位元是由非常微量的原子形成(Honeywell 實例中只有兩個原子)。Honeywell 量子解決方案總裁 Tony Uttley 強調,這徹底消除製造問題,因為每個單一裝置都具備由所用原子(本例為鐿 Ytterbium)定義的相同屬性。「每個量子位元都有完美的開始,」Uttley 表示:「你引入的任何錯誤都是由於周圍基礎設施導致的錯誤。」

此外,透過雷射便能讓這麼小的原子團簇(Atomic Cluster)保持冷卻。儘管必須將環境保持在非常冷的狀態,但不必達到 Transmon 所需的極端低溫狀態。在實際案例,透過雷射冷卻鐿離子並不容易,所以 Honeywell 便在原有兩個鐿離子混入兩個鋇離子(Barium Ion),如此一來,冷卻與控制更容易,環境只需保持在 12K(克耳文)工作溫度下即可。這樣的環境確實需要液態氦(Liquid Helium),但不需要 Google 和 IBM 硬體所需的複雜稀釋製冷系統。

Honeywell 堅信此裝置可快速擴展,並期望不根本性改變整體架構情況下,每年可增加額外量子位元。儘管與 Transmon 裝置目前運算水準相比,4 個量子位元似乎仍差很遠,但希望更迅速縮小差距。

與微軟合作透過 Azure 存取,與摩根大通合作開發金融專用量子運算演算法

Honeywell 宣布此產品為「世界效能最強大的量子電腦」,是依據 IBM 定義「量子體積」(Quantum Volume)效能指標下的測試結果。經實測證明,Honeywell 機器不需要增加更多量子位元(Google 及 IBM 機台擁有 10 倍以上量子位元)就擁有比競爭對手更高的「量子體積」效能表現。

再就擴展性問題來說,Uttley 表示,他希望未來 5 年能達成「量子體積」每年增加一個級數的目標,這表示每年必須增加 3~4 個量子位元。若以 5 年計算,屆時將可達約 30 個量子位元,儘管如此,這也只有競爭對手的一半,更別提 Google 與 IBM 不但致力於降低錯誤率,並每隔幾年就在機器增加幾十個量子位元了。

若干年後,我們可能看到非常有趣的發展狀況,就是 Honeywell 在「量子體積」有很大領先優勢,基於 Transmon 硬體的競爭對手將持續擁有一個級數的更多量子位元。

Honeywell 已確定,大多數公司對建立運行自家液氦冷卻系統所需的基礎設施不感興趣,所以允許客戶透過雲端介面存取量子電腦。Honeywell 已與微軟合作,讓客戶能透過 Azure 雲端服務存取系統。

Honeywell 並在實機展示的機器內建可與硬體無關的方式描述量子演算法的 IBM 開放原始碼工具 Quiskit。這也意味 Honeywell 可開發一套量子演算法,然後選擇在有所需功能(高連接性或高量子位元數)的任何系統運行,以達到所需的效能表現。Honeywell 另外宣布,金融巨頭摩根大通(JPMorgan Chase)也是合作夥伴,共同探索將此系統應用至金融演算法開發的可行性。

(首圖來源:Honeywell

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