霍尼韦尔的量子计算机，算不算目前最强？

出品  光子盒研究院

今年3月，光子盒报道过，霍尼韦尔宣布在未来3个月内推出世界最强量子计算机。如今期限已至，霍尼韦尔宣布：“我们已经建造了目前世界上性能最好的量子计算机。”

霍尼韦尔在官网上表示，他们的科学家、工程师和技术人员团队已经制造出目前性能最高的量子计算机。

霍尼韦尔量子计算机的量子体积为64，其性能是上一代量子计算机的两倍。这意味着霍尼韦尔更接近利用他们的量子计算解决方案来解决传统计算机无法解决的计算问题。

据霍尼韦尔量子解决方案团队负责人Tony Uttley介绍：“霍尼韦尔的量子计算机拥有质量最高、错误率最低的可用量子比特，而且使用相同的、全连接（fully connected）的量子比特和精确控制的组合。”

霍尼韦尔量子计算机

正如世界上第一台计算机ENIAC是布满整个房间的庞然大物，霍尼韦尔的量子计算机也是一台巨大的机器。

该机器位于科罗拉多州博尔德市一个1500平方英尺（约139平方米）的高安全性存储设施中，包括了一个不锈钢球体容器。该球体容器大小与篮球相同，并由液氦冷却，温度冷却到绝对零度以上10度（约-263℃，比冥王星的表面温度还低）。我们把这样一个球体称作离子阱（ion trap）。

离子阱（ion trap）

离子阱上方，预先设计的电场使单个原子悬浮在0.1毫米处，这些漂浮在计算机芯片上方的单个原子被激光照射，作为目标进行计算。

同时，为了信息的写入、读出，量子计算机的控制设备也相当复杂，在用于量子信息算法的复杂过程中，控制系统必须精确地操控移动离子（量子比特）所需的数百个独立电信号。

由于所有的操作都是用激光来完成，因此许多光学元件在光学表格上排列成一条直线，每个光学元件都指定了正确的光线颜色。所有这些基础设施大约占用了两个大型光学平台(大约170cm×600.86cm) ，这里占用了相当大的空间。

当我们看到这台庞大的计算机时，或许会觉得设计它过于冗余。但如此高的计算力只是悬浮在球体容器表面上的少量原子提供的。

霍尼韦尔量子计算机（Quantum Volume）的量子体积为64，这是IBM提出的一个专用性能指标，用于衡量量子计算机的强大程度，量子体积的影响因素包括：量子比特数、门和测量误差、设备交叉通信、以及设备连接和电路编译效率等。量子体积越大，量子计算机的性能就越强大，能够解决的实际问题就越多。

这台量子计算机有6个有效的量子比特。一般情况下，一个系统的有效量子比特数要小于系统原始的量子比特数，因为一些量子比特可能丢失。但由于出色的系统设计，霍尼韦尔的这台量子计算机解决了这个问题，并没有出现比特丢失。

霍尼韦尔计划在未来五年内，每年将其机器的量子体积增加10倍，也就是说，在一年之内得到至少10个有效量子比特，相当于2¹⁰即1024个量子体积，五年达到64万个。

技术落地，拥抱未来？

量子计算机能够解决什么问题？正当人们进行激烈的讨论时，包括摩根大通在内的客户已经开始使用64量子体积的霍尼韦尔量子计算机进行各种早期应用。

Uttley向外界透露，霍尼韦尔正在向那些希望执行自己难以想象的大型计算的公司开放其计算机，这项服务每小时的成本约为10000美元。摩根大通拥有自己的量子专家，他们将使用霍尼韦尔的机器执行庞大的任务，例如建立欺诈检测模型。

摩根大通甚至将其利用量子计算机进行的研究写成了论文放在了arXiv上，并表达了对霍尼韦尔量子解决方案团队的感谢。

https://arxiv.org/pdf/2006.10656.pdf

Uttley拒绝透露其他客户的信息，但表示有多个客户正在与霍尼韦尔量子计算机合作开发应用程序，这些应用程序分为三类：优化、机器学习、化学和材料科学。

事实上，在正式发布这台量子计算机之前，霍尼韦尔已经制定了详细的量子解决方案，主要针对药物、化学制品、金融、航空航天与国防、石油天然气、数据中心、制造业、电信六大领域。

霍尼韦尔量子解决方案致力于提高早期药物设计和发现的效率；加快发展新型化学品；通过改进投资组合洞察力降低风险；开发新的飞机材料和军事技术；优化生产、加快勘探；加速大型数据集的机器学习和分析；了解设计和生产限制；优化天线效率和带宽利用率。

为了加速量子计算的开发和拓展客户的实际运用，霍尼韦尔创投公司投资了两家量子软件和算法领导者——剑桥量子计算公司（CQC）和Zapata Computing公司。

CQC在量子软件领域实力强劲，尤其在化学、机器学习和增强网络安全领域拥有量子开发平台和企业级应用；Zapata创建了企业级、量子赋能的软件，帮助企业在适用量子计算的领域找到解决方案，不受客户使用硬件的局限。

此外，霍尼韦尔宣布和微软合作，通过微软Azure量子服务，为霍尼韦尔量子计算机提供云接入服务。显然，霍尼韦尔量子计算机已经做好了拥抱未来的准备。

世界最强，论断过早

作为一家百年老店，霍尼韦尔已经发展成为一家年营业额400亿美元的多元化高科技和制造企业，业务涉及航天产品及服务、工业和家庭楼宇控制技术、汽车产品、涡轮增压器、特种材料等。

鲜为人知的是，霍尼韦尔在几十年前还曾进军计算机行业，1970年，霍尼韦尔将其计算机业务与GE的计算机业务合并，组成霍尼韦尔信息系统公司，在大型机市场上表现良好。

但是进入个人电脑时代后，IBM与英特尔、微软强强联手，在PC市场所向披靡，就连最早销售个人电脑的苹果公司也差点破产。IBM在这场战斗中大获全胜，霍尼韦尔不得不退出了这项业务。

如今，霍尼韦尔宣告王者归来。

霍尼韦尔加入量子计算竞争始于Tony Uttley，他曾在美国宇航局工作，差不多十年前进入霍尼韦尔公司，他的职责之一就是寻找新的创新机会。

他很快看到，霍尼韦尔在激光器、调制器、光纤、超高真空环境、低温技术等领域有着无与伦比的能力。当时，霍尼韦尔的两位研究人员说：“如果我们把这些技术结合起来，你知道我们能做什么？”“我们可以造一台量子计算机。”

Tony Uttley

2014年，美国情报高级研究计划局（IARPA）委托霍尼韦尔研制量子计算机，主要针对政府及军工部门，因此一直保持低调。直到2018年底霍尼韦尔宣布其拥有量子计算能力，人们大吃一惊。

霍尼韦尔在接受了IARPA的委托之后，就投入资金从事相关的研究。与其他量子计算的物理实现采用超导量子、光量子、半导体、磁共振、拓扑量子等方案不同，霍尼韦尔选择了一条不寻常的路——利用离子阱技术实现量子计算。

离子阱，又称囚禁离子，是一种利用电场或磁场将离子（即带电原子或分子）俘获和囚禁在一定范围内的装置，离子的囚禁在真空中实现，离子与装置表面不接触。再利用囚禁离子的基态和激发态组成的两个能级作为量子比特。

一个电磁场将离子困在芯片中心的一条线上

与其他技术路线相比，离子阱量子计算机具有量子比特品质高、相干时间较长、量子比特的制备和读出效率较高等三大特点。

霍尼韦尔拥有一个由100多名科学家、工程师和软件开发人员组成的团队。他们来自世界上许多专注于量子信息系统的顶级机构和组织，麻省理工学院、哈佛大学、斯坦福大学、加州理工学院、加州大学圣芭芭拉分校等，以及在离子阱领域拥有领导地位的马里兰大学，IonQ创始人Chris Monroe教授就来自该校。

今年3月，霍尼韦尔宣布将在三个月内实现“世界最强量子计算机”这一目标，即使面对席卷全球的新冠疫情，霍尼韦尔员工坚持远程工作，仍然能够实现这一目标。

作为霍尼韦尔在离子阱量子计算领域的竞争对手，Chris Monroe教授也不吝赞美，“这是一件大事，因为必须有相互竞争的架构才能取得进展。”

Monroe解释说，像IBM和谷歌这样的竞争架构需要在物理上取得突破才能进一步扩展，但在离子阱计算机中，扩展更多的是一个工程问题。霍尼韦尔已经展示了一条通向更大、量子比特更干净的量子计算机的道路。

然而Chris Monroe不认为量子体积是现阶段测量量子计算机的最佳指标，因为它没有考虑用例。他认为更好的办法是依靠计算机运行著名算法的能力。

事实上，霍尼韦尔公布其量子计算机的量子体积为64，除此之外再无更多信息，比如衡量量子体积的具体参数并未公布，也没有实例证明其性能。霍尼韦尔将其量子计算机称为世界最强，或许为时过早。

参考资料：

https://www.honeywell.com/en-us/newsroom/news/2020/06/the-worlds-highest-performing-quantum-computer-is-here

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1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。