僵持囚禁離子技能的量子計較公司

美國量子計較機初創(chuàng)企業(yè) ionQ 有三位焦點成員：馬里蘭大學物理學家 Chris Monroe，杜克大學電氣工程師 Jungsang Kim， 以及原本供職于美國情報部分 IARPA（“高級研究打算署”）的 David Moehring.個中，前兩位是公司首創(chuàng)人，是研究囚禁離子（trapped ions）的專家。而 David Moehring 是他們雇來的 CEO.

本年九月，這三位還在馬里蘭大學接頭量子計較的前景，包羅為什么操作囚禁離子能制造出抱負的量子計較機––它有完美的再現(xiàn)性（reproductivity），永生命周期，不錯的激光可控性。

這三人有一個配合概念：量子計較的黃金時代即將到來。它將操作量子力學，為電腦運算帶來指數(shù)級得巨幅加快。持同樣概念的不只僅有他們。科技巨頭英特爾、微軟、IBM，谷歌都在向量子計較投入千萬美元的研發(fā)資金。可是，他們在對差異的量子計較技能下賭注–––沒有人知道，回收哪種量子比特（qubit）能造出有實用代價的量子計較機。

圖表：量子計較五大技能門戶

被看做是量子計較規(guī)模領(lǐng)頭羊的谷歌，已經(jīng)做出了選擇：極小的超導電路。谷歌已制造出 9 量子比特的呆板，并打算來歲增加至 49 量子比特。這是一個極為要害的門檻。學者估量，在 50 量子比特閣下，量子計較機就能到達“量子霸權(quán)”（quantum supremacy）。這是加州理工學院物理學家 John Preskill 發(fā)現(xiàn)的名詞，用來指示“量子計較機在一些規(guī)模有傳統(tǒng)計較機所不具有的本領(lǐng)”，好比在化學和質(zhì)料學里模仿分子布局，尚有處理懲罰暗碼學、呆板進修的一些問題。

IonQ 團隊并沒有因谷歌的樂成而氣餒。Jungsang Kim 說：“我不認為谷歌能在下個月公布樂成研制量子計較機。退一步講，即便他們樂成了，游戲也不會竣事。” IonQ 僵持利用囚禁離子，它是世界上第一個量子邏輯門背后的技能。那是一個 1995 年完成的項目，Chris Monroe 是參加者之一。利用準確調(diào)解的激光脈沖，Monroe 能把離子打入一連數(shù)秒的量子態(tài)， 這遠超谷歌的量子比特。Jungsang Kim 開拓了一個把差異離子群毗連到一起的模塊化方案。如該要領(lǐng)奏效，ionQ 就能快速擴大量子比特的局限。但直到此刻，他們只樂成地把五個量子比特插手到可編程設備中。

Chris Monroe 認可，此刻許多人把囚禁離子看作是“害群之馬”，但他堅信，未來人們會簇擁插手到囚禁離子陣營中。

是否會如此還很難說。但有一件事是必定的：制造量子計較機已經(jīng)從科學家們的一個遙遠的空想，釀成了科技巨頭們想要立即實現(xiàn)的方針。ionQ 就是這海潮中想要分一杯羹的參加者。固然超導量子比絕技能此刻是行業(yè)領(lǐng)頭羊，專家們認為，此刻公布超導量子比特的勝利，還為時過早。量子信息學非正式院長 Preskill 說：“差異的量子技能在同時成長，這是一件功德。因為很大概會有驚喜發(fā)明，然后帶來量子計較規(guī)模的革新。”

量子計較機憑什么逾越傳統(tǒng)計較機？

量子比特對比傳統(tǒng)計較機比特更強大，是由于兩個奇特的量子現(xiàn)象：疊加（superposition）和膠葛（entanglement）。量子疊加使量子比特可以或許同時具有 0 和 1 的數(shù)值，可舉辦“同步計較”（simultaneous computation）。量子膠葛使分處兩地的兩個量子比特能共享量子態(tài)，締造出超疊加效應：每增加一個量子比特，運算機能就翻一倍。例如說，利用五個膠葛量子的算法，能同時舉辦 25 可能 32 個運算，而傳統(tǒng)計較機必需一個接一個地運算。理論上， 300 個膠葛量子能舉辦的并行運算數(shù)量，比宇宙中的原子還要多。

這種超大局限的并行計較，對付處理懲罰日常任務其實沒什么用。沒有人認為量子計較時機顛覆文字處理懲罰和 email.但對付需要同時摸索無數(shù)條路徑的算法，尚有對海量數(shù)據(jù)庫的搜索，量子計較能極大地提高速度。它能被用來尋找新的化學催化劑，對加密數(shù)據(jù)的海量數(shù)字作因子解析（factoring），或者還能模仿黑洞和其他物理現(xiàn)象。

但有一個主要的陷阱––量子疊加和膠葛狀態(tài)非常得懦弱，能被情況中的細微擾動所沖破，這包羅了任何丈量它們的實驗。量子計較機需要被掩護起來，與耶魯大學物理學家 Robert Schoelkopf 描寫的“汪洋般的雜亂”（a sea of classical chaos）隔分開來。

固然量子計較的理論在 1980 年月就開始呈現(xiàn)，直到 1995 年才有了第一次嘗試。貝爾嘗試室的數(shù)學家 Peter Shor，向人們展示量子計較機可以對大量數(shù)字快速因子解析––若能實現(xiàn)，這會使現(xiàn)代暗碼學的大部門發(fā)現(xiàn)過期。Peter Shor 和其他人還展示了，若利用鄰近量子比特批改錯誤，讓懦弱的量子比特永遠保持不變狀態(tài)在理論上是大概的。