科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

量子計(jì)算公司Quantinuum正式發(fā)布其第三代量子計(jì)算機(jī)Helios，該系統(tǒng)在計(jì)算性能和量子糾錯(cuò)能力方面顯著躍升。團(tuán)隊(duì)表示，盡管當(dāng)前所有量子計(jì)算機(jī)尚無(wú)法運(yùn)行如新材料模擬或金融建模等高價(jià)值算法，但Quantinuum采用的離子阱技術(shù)路線——以單個(gè)帶電原子作為量子比特，被認(rèn)為在規(guī)模化路徑上具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，相較其他超導(dǎo)電路方案可能更具擴(kuò)展?jié)摿Α?/p>

Quantinuum于2021年通過(guò)劍橋量子計(jì)算和霍尼韋爾量子解決方案公司合并成立。此次推出的Helios核心是一塊指甲蓋大小的芯片，內(nèi)部懸浮著98個(gè)鋇離子，作為執(zhí)行運(yùn)算的物理量子比特。這比其前代機(jī)型H2所使用的56個(gè)鐿離子有所提升，且改用鋇離子是一項(xiàng)關(guān)鍵改進(jìn)：對(duì)激光操控更敏感，控制精度更高。整套系統(tǒng)置于約15開(kāi)爾文（-258.15℃）的低溫腔體內(nèi)，安裝在精密光學(xué)平臺(tái)上，用戶(hù)可通過(guò)云端遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

量子計(jì)算的核心在于利用量子疊加和糾纏等特性處理信息。Helios中的鋇離子可同時(shí)處于0和1的疊加態(tài)。這種狀態(tài)類(lèi)似空中旋轉(zhuǎn)的硬幣，在被觀測(cè)前既非正面也非反面。理論上，這種特性使量子計(jì)算機(jī)在解決特定復(fù)雜問(wèn)題時(shí)遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)，例如模擬電池材料或優(yōu)化物流網(wǎng)絡(luò)。

由于量子系統(tǒng)極易受干擾，錯(cuò)誤頻發(fā)。實(shí)現(xiàn)可靠計(jì)算的關(guān)鍵在于量子糾錯(cuò)——將一個(gè)邏輯信息單元分散編碼到多個(gè)物理量子比特中。不同硬件平臺(tái)所需的物理資源差異巨大，Helios在這方面表現(xiàn)突出，僅需兩個(gè)物理離子即可構(gòu)建一個(gè)邏輯量子比特。相比之下，谷歌2024年需105個(gè)超導(dǎo)量子比特構(gòu)建一個(gè)邏輯比特，IBM和亞馬遜云科技近期分別使用了12個(gè)和9個(gè)。

加拿大滑鐵盧大學(xué)物理學(xué)家拉吉布爾·伊斯蘭（未參與該項(xiàng)目）認(rèn)為，Helios的優(yōu)勢(shì)源于其極低的原始錯(cuò)誤率。測(cè)試顯示，其成對(duì)量子比特執(zhí)行糾纏操作的成功率高達(dá)99.921%。“據(jù)我所知，目前沒(méi)有任何其他平臺(tái)達(dá)到這一水平。”這一高保真度減少了糾錯(cuò)所需的冗余資源，同時(shí)該系統(tǒng)還能實(shí)時(shí)糾錯(cuò)。

下一步，Quantinuum計(jì)劃在明尼蘇達(dá)州建設(shè)另一臺(tái)Helios，并已啟動(dòng)第四代機(jī)型的原型開(kāi)發(fā)，預(yù)計(jì)2027年交付，配備192個(gè)物理量子比特。