近日,啟科量子發(fā)布我國(guó)首臺(tái)模塊化離子阱量子計(jì)算工程機(jī)“天算1號(hào)”。由國(guó)內(nèi)量子信息、原子物理、光電子學(xué)等領(lǐng)域知名專家組成的評(píng)審組,對(duì)該工程機(jī)進(jìn)行了嚴(yán)格評(píng)審,一致認(rèn)為其綜合工程化水平已經(jīng)進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。這標(biāo)志著我國(guó)量子計(jì)算初創(chuàng)公司在原子型量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)過(guò)程中,邁出了從關(guān)鍵技術(shù)突破、實(shí)驗(yàn)室研發(fā)、原理樣機(jī)研制,進(jìn)展到產(chǎn)品工程化的關(guān)鍵一步。

天算1號(hào)實(shí)現(xiàn)了離子阱量子計(jì)算機(jī)的硬件工程化和操作界面智能化。通過(guò)模塊-系統(tǒng)-整機(jī)設(shè)計(jì)的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)模組組成的四大系統(tǒng)(工作環(huán)境系統(tǒng)、離子阱系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)),再由四大系統(tǒng)組裝成整機(jī);集成的智能界面降低了量子計(jì)算機(jī)的操作復(fù)雜性,從而拓寬了量子計(jì)算機(jī)的使用者范圍。

圖一:天算1號(hào)工程機(jī)外觀圖

美國(guó)科學(xué)家在20世紀(jì)90年代就在離子阱量子計(jì)算領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗(yàn),并于2012年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。近年來(lái)離子阱量子技術(shù)的初創(chuàng)公司,如IonQ、Quantinuum、AQT、Oxford Ionics等,在離子阱量子計(jì)算的實(shí)用化和商業(yè)應(yīng)用方面取得了顯著的進(jìn)展。而由于起步較晚和技術(shù)門(mén)檻高等諸多因素,中國(guó)的離子阱技術(shù)在國(guó)際上長(zhǎng)期處于“跟跑”地位。目前科研力量主要集中在各大高校和科研院所,雖然也取得了一定成果,但工程化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢,技術(shù)迭代速度與國(guó)際同行仍有差距。

啟科量子成立于2019年,是中國(guó)和亞洲首家致力于離子阱量子計(jì)算研發(fā)和應(yīng)用的公司。啟科量子的發(fā)展標(biāo)志著國(guó)內(nèi)離子阱量子計(jì)算正式從科研走向商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。自成立以來(lái),啟科量子以分布式離子阱量子計(jì)算技術(shù)路線為引領(lǐng),在離子阱量子計(jì)算硬件工程化開(kāi)發(fā)、量子算法開(kāi)發(fā)及量子云生態(tài)體系建設(shè)等方面穩(wěn)步推進(jìn),取得了多項(xiàng)重大進(jìn)展。此次發(fā)布的天算1號(hào)首次在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)和集成化操控的離子阱量子計(jì)算工程機(jī)。

天算1號(hào)采用超低溫真空技術(shù)打造離子阱工作環(huán)境系統(tǒng),提高了長(zhǎng)鏈離子的囚禁時(shí)間和相干時(shí)間,保障了離子囚禁穩(wěn)定性和可操作性。光學(xué)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),將獨(dú)立功能模塊進(jìn)行集成,模塊之間通過(guò)光纖跳線連接,在單獨(dú)模塊替換時(shí)不影響整體運(yùn)行,便于后期將獨(dú)立模塊小型化和工程化。一體化設(shè)計(jì)不僅減少空氣流動(dòng)造成的干擾,還極大提升了對(duì)外界電磁場(chǎng)的屏蔽性,所有這些措施整體提升了量子計(jì)算機(jī)抵抗外部噪音的魯棒性,也進(jìn)一步提高量子計(jì)算保真度。該工程機(jī)采用集成化測(cè)控,所有儀器設(shè)備的操控可以通過(guò)統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)完成,智能便捷,也為未來(lái)接入經(jīng)典-量子混合云算力奠定了基礎(chǔ)。這些工程實(shí)踐標(biāo)志著國(guó)內(nèi)的離子阱技術(shù)正開(kāi)始與國(guó)際發(fā)展“并跑”。

啟科量子計(jì)算研發(fā)副總裁韓琢向記者透露,近年來(lái),啟科量子通過(guò)自主研發(fā),連續(xù)發(fā)布了一系列離子阱的工程化產(chǎn)品,包括測(cè)控系統(tǒng)<Aba|Qu|Soil>、低溫離子阱模塊<Aba|Qu|Cryoct>、離子阱低溫真空系統(tǒng)<Aba|Qu|Cryovac>等,為整機(jī)的工程化打下良好基礎(chǔ)。啟科量子在離子阱領(lǐng)域的快速崛起,得益于與中山大學(xué)羅樂(lè)教授研究團(tuán)隊(duì)的深度合作。羅樂(lè)教授作為國(guó)際知名離子阱專家,曾在美國(guó)離子阱量子計(jì)算機(jī)研發(fā)的核心機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目工作。近年來(lái)在量子計(jì)算與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合,非厄米量子計(jì)算、分布式量子計(jì)算等領(lǐng)域取得了國(guó)際矚目的進(jìn)展。特別值得一提的是,羅樂(lè)教授與中山大學(xué)邱道文教授研究團(tuán)隊(duì)最近提出分布式Shor算法。由于目前量子設(shè)備的量子比特?cái)?shù)較少,噪聲受電路深度影響很大,因此分布式Shor算法的提出將大大縮短了Shor算法投入應(yīng)用的進(jìn)程。這也讓啟科量子將要發(fā)布的分布式離子阱量子計(jì)算機(jī)提供了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。

展望未來(lái),啟科量子將在工程機(jī)天算1號(hào)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步著力發(fā)展以“離子-光子”糾纏為基礎(chǔ)的分布式技術(shù),實(shí)現(xiàn)多臺(tái)量子計(jì)算機(jī)組網(wǎng),發(fā)揮優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)數(shù)千量子比特的分布式運(yùn)算,并在可見(jiàn)的未來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò),使得利用百萬(wàn)級(jí)別的量子比特來(lái)實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算成為可能。

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