量子计算技术路线“百花齐放” 本文转自：科技日报IBM公司的

【量子计算技术路线“百花齐放”】本文转自：科技日报

文章图片
IBM公司的量子计算系统。

文章图片
谷歌的量子计算硬件。

文章图片
光镊技术演示图。

文章图片
霍尼韦尔量子计算机的离子阱。
【科技创新世界潮】
◎本报采访人员刘霞
英国《自然》网站在6日的报道中指出，建造实用量子计算机的竞赛正迈入新阶段。此前领先的一些技术，如超导量子比特等目前正面临扩大规模方面的限制，而其他“小众”技术正迅速迎头赶上。目前量子计算技术路线已呈现“百花齐放”态势，超导、离子阱、中性原子等竞相“争奇斗艳” ，不过最终“花落谁家”仍是未知数。
叠加是秘密武器
量子比特相比传统计算机比特更强大，是由于两个独特的量子现象：叠加和纠缠。叠加使量子比特能够同时为0和1 ，而传统比特只能为0或1 。因为量子叠加态中同时存在多种状态，所以可同时处理多种计算。
不过，为尽可能长时间地保持量子态，量子比特必须与周围环境隔离开。但又不能过于孤立，因为它们必须相互作用才能执行计算。
荷兰量子技术研究机构QuTech的研究总监伊文·万德斯芬表示，这就使建造一台实用量子计算机极具挑战性，尽管如此，该领域最近10年取得的进展“令人印象深刻” 。
超导“一马当先”
在多种量子技术发展路线中，超导量子比特“一马当先” 。 2019年，谷歌宣布开发出54个量子比特的超导量子芯片，其对一个电路采样一百万次只需200秒，而当时运算能力最强的超级计算机“顶点”需要一万年，率先实现了“量子优越性” 。
在这一领域， IBM公司去年11月宣布推出包含433个量子比特的量子芯片“鱼鹰” ，预计未来几个月，该公司将推出首款拥有1000个量子比特的量子芯片“秃鹰” 。
不过，科学家也指出，一旦芯片上超导量子比特的数量远远超过1000个，扩大规模就变得非常困难，因为每个量子比特都需要与外部电路相连以便进行控制。因此， IBM计划采用模块化方法，从2024年起将不再执着于增加芯片上量子比特的数量，而是将多个芯片连接到一台机器上。
离子阱“不甘示弱”
离子阱技术路线由于量子比特相干时间长、量子比特之间的连接性好、逻辑门操作保真度高等特点备受业界关注，现已成为通用量子计算机发展中的领先路线之一。
但离子阱量子计算机更难扩展，部分原因在于需要单独的激光设备来控制每个离子。美国初创公司IonQ开发出的方法能将多行离子封装到一个芯片内，量子比特的数量可能多达1024个。
IonQ也计划采用模块化方法连接多个芯片，实验表明其离子阱量子比特的置信度高达99.99% 。
中性原子“驶入快车道”
另一种技术可能会突破1000个量子比特。该技术使用聚焦的激光束（光镊）捕获中性原子，并用原子的电子态或原子核的自旋编码量子比特。这种方法已发展了十多年，现在正“驶入快车道” 。
研究人员已利用光镊建立了由200多个中性原子组成的阵列，他们正迅速将新技术和现有技术结合，以用于实用量子计算机的研制过程。
这项技术的一个主要优点是，可让多种类型的光镊与其携带的原子相结合。这就使该技术比超导等其他平台更灵活。在超导回路内，每个量子比特只能与芯片上的“近邻”相互作用。