IonQ公布离子阱量子计算机路线图

光子盒研究院出品

专注于离子阱量子计算机的初创公司IonQ公布了未来几年的路线图。不过与IBM、谷歌等用物理量子比特数来表示路线图不同，IonQ提出了一个新基准——算法量子比特（AQ）。

量子计算机的计算能力受到许多因素的限制：量子比特寿命和相干时间（T1和T2）、平均双量子比特门保真度、量子比特的数量，以及许多其他因素。基于此，IBM引入量子体积（QV）作为基准，相对于单纯比较量子比特数科学许多。

但量子体积也有缺点，量子体积仅适用于早期量子计算机，随着量子计算机的发展，QV的数字长度甚至不能显示在屏幕上，导致这一指标不再有用。比如，IonQ的32量子比特系统在99.9%的平均双比特门保真度下就能达到400万量子体积。

因此，IonQ引入了算法量子比特（Algorithmic Qubit , AQ），它被定义为一个典型的量子程序可以部署的最大数量的运行完美的量子比特。这与量子体积的概念类似，但考虑了纠错。

在某些情况下，当门保真度不再容易提高时，就需要纠错。纠错使用多个物理量子比特来产生一个改进的量子比特。所需的量子比特数取决于要克服的错误量。因为IonQ计算机的门保真度最好，所以需要用来纠错的量子比特数较少，13个量子比特可纠错1个。

其他技术，由于其较差的门保真度和量子比特连通性，可能需要成千上万甚至一百万个量子比特来创建一个纠错的量子比特。

在没有纠错编码的情况下，AQ = log₂(QV)，反之QV = 2^AQ。

AQ表示特定量子计算机中“有用”的编码量子比特的数量，表示在给定的输入大小下执行真正的量子算法的能力。

IonQ提供了一个算法量子比特计算器，以IonQ最新的32量子比特计算机，在平均双量子比特门保真度99.9%以及纠错比例16:1（16个量子比特纠错1个）的情况下，AQ是22，即可用量子比特有22个，同时量子体积是400万。

AQ通常小于物理量子比特的数目。在95%保真度下，一个72量子比特芯片和一个百万量子比特芯片的QV都为8，AQ为3。无论物理量子比特的数量是多少，只有三个量子比特可以用于计算。

IonQ的路线图基于AQ指标。未来几年，IonQ将专注于提高量子逻辑门操作的质量，从而增加AQ（即可用量子比特）。

同时，IonQ将专注于以更低的成本（更少的量子比特）实现量子纠错，并扩展物理量子比特的数量，以进一步增加AQ。

根据路线图，2028年IonQ的算法量子比特预计达到1024个，对应的量子体积是2的1024次方，这是一个非常夸张的数字。

IonQ正在建造世界上最强大的量子计算机来解决世界上最棘手的问题。今年10月发布的32量子比特系统保真度为99.9%，已经拥有22个算法量子比特（AQ），这个系统只是正在开发的三个新系统中的第一个。

到2023年，IonQ将部署模块化量子计算机，这些计算机足够小，可以在一个数据中心联网，到2025年，有望实现广泛的量子优势。

IonQ公司总裁兼首席执行官Peter Chapman表示：“我们将以超乎大多数人想象的速度获得量子的好处。”

参考：

https://ionq.com/posts/december-09-2020-scaling-quantum-computer-roadmap

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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。