一大波新量子计算产品来袭！IBM、谷歌、亚马逊等集体亮相

光子盒研究院出品

过去一周，新款量子产品的发布特别活跃。主要是由于每个人都想在开始休假之前进行这些产品发布，还由于其中的一些公司想在最近的Q2B大会上宣布这些信息。本文内容主要来自Quantum computing report，相关公司的具体公告可能在未来几周内发布。

亚马逊AWS——TN1高性能张量网络模拟器

亚马逊AWS发布了一款使用张量网络算法的高性能量子电路模拟器。如果这些模拟器能够利用具有固有结构的电路，它们的性能将会明显高于其他模拟器。TN1可以模拟高达50个量子比特的量子电路，下图显示了TN1与SV1状态向量模拟器的性能比较。

AWS SV1与TN1量子电路模拟器的性能比较，来源：亚马逊

D-Wave——用于比较优化性能的Qiskit插件

D-Wave的机器适合解决以二次无约束二进制优化(QUBO)格式表示的问题，这些类型的优化问题有许多潜在的实际用途。但问题在于，D-Wave处理器能否比当前基于门的机器更好地解决这些问题？

为了帮助客户回答这个问题，D-Wave发布了一个IBM Qiskit插件，该插件可以将优化问题编程为使用Qiskit作为前端的问题，并将其转换为可以在D-Wave Advantage量子退火处理器上运行的格式。这些问题也可以在IBM Q System以及越来越多的其他平台上运行，这些平台可以接收Qiskit的输入并比较结果。

谷歌——使用张量处理单元（TPU）进行量子模拟

谷歌此前设计了自己的专用ASIC，称为张量处理单元(TPU)，用于特殊用途的机器学习算法。对于这些应用程序，TPU比通用CPU甚至GPU快得多。他们现在已经对该设备进行了编程，以执行非常高性能的量子模拟。它目前可以处理多达32个量子比特的模拟，并正在努力将其扩展到36或40个量子比特。

如下图所示，TPU支持的模拟比谷歌的标准Cirq模拟器快两个数量级，比谷歌开发的优化Qsim软件模拟器快一个数量级。由于TPU内部独特的计算机架构，该器件将能够提供一些比其他模拟器性能更高的经典量子算法模拟。TPU模拟器目前正在进行alpha测试，预计将在2021年实现上市。

谷歌TPU支持的模拟性能比较，来源：谷歌

IBM——改进混合经典/量子计算步骤

如今正在研究的大量量子算法是利用混合经典/量子解决方案来达到最佳结果。某些算法（如QAOA和VQE）在得到最终结果之前可能需要两台计算机来回传递数千次。这使解决方案变得不可行。

对于混合算法（如QAOA和VQE）来说，虽然从秒减少到毫秒的延迟是可以接受的，但在其他情况下，经典控制需要在处于100微秒范围内的一个量子比特的相干时间内执行。这些情况包括在处理器中实现条件重置功能，实现某些纠错算法，或在量子程序中实现Quantum IF语句。

为了实现这些功能，IBM将开发硬件和软件技术来执行这些功能。他们将改进分为两个阶段，他们称之为混合算法的近时经典（near-time classical）和微秒级量子比特控制的实时经典（real-time classical）。下图显示了他们如何看待系统的演变。

当前与未来IBM混合经典/量子架构的比较，来源：IBM

下图显示了他们对近时经典科技随着时间的变化执行模型将发生变化的看法。通过将多个迭代从队列中退出，将显著节省时间。由于经典处理器和量子处理器彼此靠近，因此彼此消除传输延迟，将会更加节省时间。例如，在汽车电池的研究中，IBM工程师在Q2B大会上估计，氢化锂分子(LiH)的模拟时间从111天缩短到16小时。

当前与未来IBM经典/量子执行模型的比较，来源：IBM

尽管要完全实现这些功能，仍然需要进行大量的工程设计，但IBM已经迈出了第一步，创建了一个OpenQASM语言的增强版本，他们称之为OpenQASM3。这些概念并不是全新的。其他量子团队以前在他们的系统中也实现了类似的功能。例如，Rigetti已经实现了他们称之为协同定位（co-location）的处理器，即在量子数据中心内安装一个高性能的经典处理器和量子处理器。霍尼韦尔已经实现了类似于IBM所说的实时经典功能，称为中间电路测量（mid-circuit measurement）。

因此，IBM仍需大量的开发才能实现这些概念，但我们确实希望在IBM的路线图中描述的未来机器中看到这些概念。

QuiX——一个12-mode通用的光子处理器

QuiX光子处理器使用了qumode作为基础的信息单位，类似于Xanadu的光子实现。它是一种基于化学计量比氮化硅波导的低损耗12-mode全调谐线性干涉仪。它采用12×12结构，可以利用热光效应来控制光路。该设备兼容所有光子源，现已上市。

QuiX光子处理器，来源：QuiX

Rigetti——Quil语言扩展为Quil-T

对量子计算机中控制脉冲的更深层次控制可以为用户程序提供增强的功能。包括提高门的保真度，创建新的门类型以减少电路深度，以及加强精确的程序计时。IBM的Qiskit中有一个名为OpenPulse的模块提供了这种功能。到目前为止，Rigetti用户无法将量子比特控制到这一水平，只能使用Quil内置的标准门、脉冲时序和序列，但有了Quil-T，用户现在可以利用这一新功能。它已经在Rigetti的Aspen-8 32位处理器上实现，并将在未来几个月内提供给通过亚马逊Braket服务访问该机器的用户。

Xanadu——Pennylane软件接入亚马逊Braket平台

PennyLane是Xanadu用于差异化量子计算的开源软件，现在已经接入亚马逊Braket平台。PennyLane提供了功能强大且灵活的编程框架，使探索量子计算的混合方法变得简单而直观。PennyLane结合 Amazon Braket ，将经典机器学习(ML)库与量子硬件和模拟器无缝集成，客户将能够借助通用机器学习库，对量子电路展开类似传统神经网络的训练。

原文：

https://quantumcomputingreport.com/a-wave-of-new-product-feature-introductions-d-wave-google-ibm-quix-rigetti-xanadu/

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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。