第7期 2020/06/30
霍尼韋爾公布全球最強(qiáng)量子計(jì)算機(jī)，在IBM基準(zhǔn)性能測(cè)試中順利登頂
霍尼韋爾公司表示，摩根大通等多家客戶已經(jīng)開始在生產(chǎn)環(huán)境中使用其量子計(jì)算機(jī)。而且根據(jù)IBM方面去年建立的基準(zhǔn)性能測(cè)試，該計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為目前世界上最強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)成果。
霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于容納離子阱的腔室。
工業(yè)巨頭霍尼韋爾公司本周四表示，他們目前已經(jīng)開始實(shí)際使用量子計(jì)算機(jī)處理客戶業(yè)務(wù)。該計(jì)算機(jī)擁有6個(gè)有效量子比特（qubit），由此實(shí)現(xiàn)的“數(shù)量”計(jì)算也讓這套系統(tǒng)成為目前實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中最強(qiáng)大的量子計(jì)算設(shè)備。
此次公告，也印證了該公司今年3月立志打造64量子比特計(jì)算機(jī)的決心。
在今年3月的采訪中，霍尼韋爾公司量子計(jì)算負(fù)責(zé)人Tony Uttley表示，“我們將在未來(lái)3個(gè)月當(dāng)中發(fā)布全球性能最強(qiáng)的量子計(jì)算機(jī)。這也是我們霍尼韋爾長(zhǎng)久以來(lái)所追求的目標(biāo)。”
Uttley還指出，包括摩根大通在內(nèi)的多家客戶正使用該設(shè)備處理多種早期應(yīng)用，其中部分應(yīng)用很難在基于電子的經(jīng)典計(jì)算機(jī)上快速執(zhí)行。
Uttley解釋道，摩根大通已經(jīng)對(duì)霍尼韋爾的設(shè)備進(jìn)行了“數(shù)小時(shí)的使用”，并對(duì)結(jié)果感到“欣喜若狂”。Uttley并未詳細(xì)描述具體應(yīng)用細(xì)節(jié)，只表示都是金融服務(wù)業(yè)中的“常見”任務(wù)，包括欺詐檢測(cè)以及利用人工智能方法制定交易策略等等。
Uttley介紹稱，“他們主要測(cè)試了一部分基礎(chǔ)電路，這些電路往往無(wú)法在其他廠商的量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，或者至少無(wú)法在無(wú)噪聲干擾的前提下運(yùn)行。他們發(fā)現(xiàn)，我們的量子計(jì)算機(jī)能夠成功運(yùn)行這些任務(wù)并獲取正確的結(jié)果。”
摩根大通當(dāng)晚就在arXiv預(yù)發(fā)表平臺(tái)上發(fā)布了相關(guān)研究論文，標(biāo)題為《量子預(yù)測(cè)的規(guī)范構(gòu)造（Canonical Construction of Quantum Oracles）》。這篇論文還特別感謝了霍尼韋爾以及Uttley本人，致敬他們“在霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)上的實(shí)際測(cè)試提供了寶貴的幫助。”
Uttley拒絕透露其他客戶的具體身份，但表示目前已經(jīng)有多家客戶使用該系統(tǒng)處理以下三類應(yīng)用任務(wù)：優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)以及化學(xué)與材料科學(xué)。這些客戶將霍尼韋爾系統(tǒng)作為其經(jīng)典計(jì)算場(chǎng)景中的一種協(xié)處理器，類似于利用GPU圖形芯片輔助CPU計(jì)算的方式。Uttley將這種機(jī)制稱為“QPU”。
他解釋道，“他們實(shí)際上只占算法總體計(jì)算量中的1%到5%，量子計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)給出非常具體的結(jié)果，這些結(jié)果隨后會(huì)被反饋給經(jīng)典計(jì)算機(jī)。”
在容納離子阱的腔室中，量子運(yùn)算得以順利執(zhí)行。
Uttley宣稱，霍尼韋爾的系統(tǒng)擁有世界一流的技術(shù)水準(zhǔn)，而且得到IBM基準(zhǔn)性能測(cè)試的證實(shí)。根據(jù)IBM公司T.J. Watson研究人員科學(xué)家Andrew W. Cross及其同事去年10月在arXiv預(yù)發(fā)表平臺(tái)上發(fā)表的論文，此項(xiàng)基準(zhǔn)測(cè)試能夠衡量“計(jì)算機(jī)成功實(shí)現(xiàn)多大規(guī)模的等寬等深隨機(jī)電路。”
IBM在測(cè)試中只指定了一項(xiàng)衡量標(biāo)準(zhǔn)，即“量子體積”。量子體積概念由Cross及其同事于2017年首次提出，其中結(jié)合了量子計(jì)算機(jī)性能的多個(gè)維度。根據(jù)Cross及其同事的描述，量子體積中具體涵蓋“性能參數(shù)（包括相干性、校準(zhǔn)性、錯(cuò)誤、串?dāng)_、觀察者錯(cuò)誤、門保真度、測(cè)量保真度、初始化保真度），以及諸如連接性及門設(shè)置等多種設(shè)計(jì)參數(shù)。”
這項(xiàng)衡量指標(biāo)適用于任何特定量子計(jì)算機(jī)架構(gòu)，足以準(zhǔn)確衡量一切可運(yùn)行量子電路的系統(tǒng)。
而霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)在該測(cè)試中得到的量子體積為64，根據(jù)以2為底64的對(duì)數(shù)計(jì)算，得出的結(jié)果即為該系統(tǒng)的有效量子比特?cái)?shù)值。
在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)中的有效量子比特?cái)?shù)量要低于系統(tǒng)中的原始量子比特或者說(shuō)物理量子比特，這是因?yàn)椴糠至孔颖忍貢?huì)在糾錯(cuò)過(guò)程中丟失。但Uttley介紹稱，由于擁有出色的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，霍尼韋爾的量子計(jì)算機(jī)不會(huì)丟失任何原始量子比特。
他介紹道，“我們現(xiàn)在的量子體積為64，意味著我們能夠提供6個(gè)有效的量子比特。雖然數(shù)字看似不高，但與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手們的區(qū)別在于，我們只需要總計(jì)6個(gè)量子比特即可實(shí)現(xiàn)6個(gè)有效量子比特。我們的系統(tǒng)不受任何連接性限制，所有量子比特都可實(shí)現(xiàn)完全連接，亦不受任何保真度限制。大家可以想見這是一套多么精準(zhǔn)的系統(tǒng)。”
離子阱。
霍尼韋爾的硬件設(shè)計(jì)確實(shí)與量子領(lǐng)域其他廠商的方案有所不同�；裟犴f爾系統(tǒng)由捕捉到的離子組成，所謂離子，即具有凈正電荷或負(fù)電荷的原子。在這套方案中，離子阱是一套經(jīng)過(guò)裝配的裝置，大小約為常規(guī)計(jì)算機(jī)芯片的四分之一。
過(guò)去二十年，科學(xué)家們一直在探索如何捕捉離子。相較于其他量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)方法，離子具有某些更為理想的特性，例如由此創(chuàng)建的量子比特相對(duì)更穩(wěn)定——也就是各量子比特間的“相干時(shí)間”更長(zhǎng)，即所有重要量子保持糾纏態(tài)的時(shí)間周期更長(zhǎng)。
在一篇新聞稿中，霍尼韋爾方面稱其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由一個(gè)“超高真實(shí)腔室”組成。該真空腔室采用不銹鋼球結(jié)構(gòu)，大小與籃球相仿，還設(shè)有用于引入激光照射的開口。在運(yùn)行過(guò)程中，研究人員需要利用液氦將該腔室冷卻至零下441華氏度、即僅比絕對(duì)零度高10度的水平。
離子阱就位于腔室當(dāng)中。當(dāng)激光照射到腔室開口并撞擊被捕獲的離子時(shí)，即會(huì)發(fā)生量子操作，這些操作的基本原理類似于經(jīng)典計(jì)算機(jī)中移動(dòng)電子以通過(guò)由硅晶體管組成的柵極。
過(guò)去一年中，霍尼韋爾逐步通過(guò)新聞采訪及正式出版物披露關(guān)于這套系統(tǒng)的細(xì)節(jié)信息。其中包括去年11月霍尼韋爾與微軟共同發(fā)布的一項(xiàng)合作伙伴關(guān)系，旨在通過(guò)微軟Azure云服務(wù)開放這套量子計(jì)算系統(tǒng)。
這項(xiàng)合作伙伴關(guān)系尚處于測(cè)試階段，目前還沒(méi)有任何活躍客戶。Uttley表示，在最終測(cè)試完成之后，這套量子體積為64的系統(tǒng)也將被搬上Azure平臺(tái)，雙方“有望在接下來(lái)幾周內(nèi)通過(guò)Azure讓客戶體驗(yàn)到這套系統(tǒng)的表現(xiàn)。”
Uttley還重申了該公司今年3月公布的另一項(xiàng)計(jì)劃，即努力在未來(lái)五年當(dāng)中以每年一個(gè)數(shù)量級(jí)的速度推動(dòng)系統(tǒng)量子比特水平的快速增長(zhǎng)。
Uttley指出，“我們的意思是，在一年之內(nèi)，我們至少要實(shí)現(xiàn)10個(gè)有效量子比特。”按照以2為底進(jìn)行計(jì)算，這樣一套系統(tǒng)的量子體積將達(dá)到1024。
“我們對(duì)達(dá)成目標(biāo)擁有充分的信心。”
而且與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不同的是，霍尼韋爾的使命在于“打造尚不存在的東西。整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程就像修建禮堂，而唯一能夠確定的就只有最終容量要求。”
“整個(gè)項(xiàng)目必須具備完善的基礎(chǔ)設(shè)施，并在符合容量要求的前提下保證各子系統(tǒng)的正常運(yùn)作。目前，我們相當(dāng)于只完成了一小部分座位的安裝。但這已經(jīng)是成功的第一步，接下來(lái)我們可以繼續(xù)添加更多座位，進(jìn)而極為迅速地提升量子比特水平。”
本文章選自《數(shù)字化轉(zhuǎn)型方略》雜志，閱讀更多雜志內(nèi)容，請(qǐng)掃描下方二維碼
