Quantinuum 的全新 H2 量子电脑首次成功制造非阿贝尔拓扑量子物质并编织其任意子

美通社
2023/05/17
分享

在控制下制造和运用非阿贝尔任意子，会产生拓扑量子位元，这代表着通往通用容错量子计算的重要一步

Quantinuum 自豪地宣布这项迈向容错量子计算的重要一步。这项成就全赖 Quantinuum System Model H2 的推出，这是迄今为止效能最优秀的量子电脑。

Quantinuum’s H2 quantum processor, Powered by Honeywell

Quantinuum 的 H2 量子处理器由 Honeywell 提供支持，在正式推出前，经过与多个全球合作夥伴进行的大规模预发行工作，这对在控制下制造和运用非阿贝尔任意子至关重要。对非阿贝尔任意子的精准控制，长久以来都被认为是使用拓扑量子位元进行容错量子计算的关键。

Quantinuum 总裁兼营运总监 Tony Uttley 表示：「透过我们的第二代系统，我们正进入量子计算的新阶段。H2 强调出只有透过量子电脑才能实现的有价值结果之机会。H2 处理器的开发亦是迈向通用容错量子计算的重要一步。」

他补充道：「这次演示完美地证明了我们 H 系列硬件路线图的实力，并进一步证实我们的主要目的，就是让我们的客户可以处理以前超出传统电脑能力范围的问题。这对社会影响重大，我们对可以看到这项技术如何真正改变世界感到十分兴奋。」

Quantinuum 的科学家与哈佛大学和加州理工学院的研究人员合作，在 H2 上进行首批实验，其中一项实验展示了一种新的物质状态，非阿贝尔拓扑排序的状序。这是 Quantinuum 在慕尼黑由 Henrik Dreyer 博士带领的核心团队，多年来在「隐形模式」下追求的专业领域。

由于 H2 处理器的差异化特点和精确控制能力，拓扑状态（基本上是包含有限闸门容量的量子位元）的制造方式能够实时精确地控制其特性，展示了非阿贝尔任意子的制造、编织和消灭（测量）。

实验结果已在今日于一份详细的科学论文预印本上发表，其已在 arXiv 上提供，当中会详述 Quantinuum 的工作。这项工作在凝聚体物理学领域开创了令人兴奋的全新研究领域，单靠传统电脑是不可能研究这些领域的。连同其他 QEC 代码（可在此处和此处找到），我们已经证明了这项成就，这表明 Quantinuum 硬件展示实现容错的最佳途径是迟早的事。

「我们的最终目标是容错量子计算。我们会持续透过实际进展来展示和证明我们在量子计算领域的世界领导地位，制造和运用非阿贝尔任意子以制造拓扑量子位元亦是另一个例子，证明当卓越的人才拥有出色的工具时，他们一定会发现令人惊奇的事情来做。」Quantinuum 创始人兼产品总监 Ilyas Khan 表示，「这可能是量子计算行业的晶体管时刻，我们将量子电脑用作建立拓扑量子位元的机械工具，这是迈向容错量子计算的重要一步，会进一步证明我们长久以来的信念，即利用其他量子系统来探索和制造量子系统是最好的。这正是 Feynman 在他现时着名的言论中所预料的，这些言论常被引用作量子计算的基础。」

他补充道：「我们期待在这项重要突破的基础上继续努力。整个行业未来会充满令人兴奋的时刻，我们还有一些迫不及待想与世界分享的里程碑。」

H2 的创新特点

H2 包括 32 个全连接和高保真的量子位元，以及推进了 System Model H1 的线性设计之全新架构（使用新的离子阱，其椭圆形状像个「赛车场」）。Quantinuum 透过展示一个 32 量子位元的 GHZ 状态（一种所有 32 个量子位元全局纠缠的非经典状态），这是有史以来最大的 GHZ 状态，展示了 H2 的能力。

System Model H2 独特的「赛车场」设计实现了量子位元之间的全对全连结，这代表 H2 中的每个量子位元都可以直接与系统中的任何其他量子位元进行配对缠绕。短期内这样做可以降低演算法中的整体错误，长期可为开发新的更有效错误修正代码开辟额外的机会，这对于继续加速量子计算的能力至关重要。当结合在控制下的非阿贝尔任意子之演示时，这项整体成就会强调拓扑量子信息存储和处理中的重要一步。

此外，新的设计是展示离子阱设备扩展潜力的重大一步。H2 不仅展示了离子阱在量子电荷耦合元件 (QCCD) 架构中的扩展能力：显示在维持效能的同时扩展量子位元数量的能力，亦包括为后续时代进一步扩展创造条件的新技术。与第一代系统相似，H2 的设计可容纳日后在其产品周期内的升级，代表量子位元数量和量子位元质素都将会得到改进。

System Model H2 建立在 Quantinuum 的 H 系列的稳固基础之上，包括多项标志性特点，让它在其他类型的量子电脑中脱颖而出：全对全连结、量子位元重用、以条件逻辑进行中间线路测量、领先业界的高保真量子位元操作，以及长的相干时间。此外， System Model H1 在取得重复增加的量子体积 (QV) 纪录上令人印象深刻的效能提升，预计在 H2 上亦得以延续。H2 的量子体积为 65,536，超过了在今年 2 月使用 H1-1 宣布的上一个记录。

现时的 H2 应用

除了主要的突破之外，H2 已积极参与各种机构和公司的实验研究，并取得显着成果：

JPMorgan Chase 的全球技术应用研究发表了一篇学术论文，内容关于量子优化演算法在投资组合最佳化上的应用，并在 H2 早期存取期间验证了数值结果。
Quantinuum 的机器学习团队展示了新的启发式最佳化演算法例行程序，可以透过最少的量子资源解决最佳化问题。

这些最近的研究可在此处的个别技术论文中找到。有另一篇独立发表的论文描述 H2 的特点、基准测试，以及与其他硬件的比较，还有世界纪录缠绕的详细数据，这篇论文可在此处找到。所有技术论文都将提交以进行科学同行审议流程。

现可透过从 Quantinuum 基于云端的存取来使用 H2， 6 月开始可透过 Microsoft Azure Quantum 使用。此外，NVIDIA 的 cuQuantum SDK 最佳化数据库和工具实现了 H2 的噪声信息仿真器，其有助加速量子计算模拟工作流程。

Quantinuum 行政总裁 Rajeeb (Raj) Hazra 博士表示：「对于那些认为能够推动人类知识和科学进步界限的量子电脑仍很遥远的人来说，今天标志着一个转捩点。世界领先的科学家团队使用 Quantinuum 的 H2 量子计算机实现了以前不可能的事情。」他继续评论道：「H2 为 Quantinuum提供了一个突破时刻。我们由 H2 量子处理器和相关软件驱动的第二代量子电脑提供业界最佳的效能，同时奠定基础，以显着加速容错量子计算的发展。」

Quantinuum 简介

Quantinuum 是全球最大型的独立量子计算公司，由 Honeywell Quantum Solutions 世界领先的硬件和 Cambridge Quantum 一流的中介软件和应用程序组合而成。Quantinuum 以科学为主导并以企业为驱动，加速了量子计算以及跨越化学、网络安全、金融和优化应用程序的开发。其重点是创造可扩展的商业量子解决方案，以解决世界上能源、物流、气候变化和医疗保健等领域最紧迫的问题。Quantinuum 在位于美国、欧洲和日本的八个据点雇用超过 480 位员工，当中包括超过 350 位科学家和工程师。如需更多信息，请浏览 http://www.quantinuum.com。

Honeywell 商标是在 Honeywell International Inc. 的许可下使用。 Honeywell 对本服务不作任何陈述或保证。