奥地利制造了世界上最小的量子计算机？不准确！

光子盒研究院出品

在过去的三十年里，奥地利因斯布鲁克大学开创了建造量子计算机的基础工作。现在，作为欧盟量子技术旗舰计划的一部分，因斯布鲁克大学实验物理系的研究人员演示了一台紧凑型离子阱量子计算机。论文于6月17日发表在《物理评论X Quantum》。

论文作者之一、因斯布鲁克大学的Thomas Monz说：“我们的量子计算实验通常占据30到50平方米的实验室。我们现在希望将因斯布鲁克开发的技术应用到尽可能小的空间，同时满足行业中常用的标准。”新设备旨在表明量子计算机将很快准备好用于数据中心。另一位论文作者Christian Marciniak补充道：“我们能够证明紧凑不一定要以牺牲功能为代价。”

一台紧凑型量子计算机的各个组成部分的尺寸必须大大缩小。例如，量子计算机的中心部件是安装在真空室中的离子阱，只占先前所需空间的一小部分。它是由阿尔卑斯量子技术公司(AQT)提供给研究人员的，该公司是因斯布鲁克大学和奥地利科学院的一个分支，旨在建造一台商业量子计算机。其他部件由德国耶拿的弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所和德国慕尼黑的激光专家TOPTICA Photonics公司提供。

最终，这台紧凑型量子计算机可以放入两个19英寸宽（合计约100厘米）的机架中。这台紧凑型设备可以自主操作，并将很快实现在线编程。

因斯布鲁克大学离子阱量子计算机

在实现小型化的过程中，一个特别的挑战是确保量子计算机的稳定性。因为量子设备是非常敏感的，在实验室里，借助精心设计的保护措施，可以让它们免受外部干扰。

令人惊讶的是，因斯布鲁克团队成功地将这一质量标准应用于紧凑型设备，从而确保了安全和不间断的运行。

除了稳定性，量子计算机行业应用的一个决定因素是可用量子比特的数量。因斯布鲁克团队能够单独控制并成功地将多达24个离子与新设备纠缠在一起。“到明年，我们希望能够提供一个多达50个单独可控的量子比特的设备，”Thomas Monz对未来进行了展望。

这台紧凑型量子计算机，一些媒体将其称作“世界上最小的量子计算机”，但是这种说法并不严谨，这篇23页的论文全程都没有出现“smallest”一词。如果只看离子阱技术，这台设备的确比以往任何一台离子阱量子计算机都要小。但是和其他技术相比，它还算不上最小。

例如，2021年，德国/澳大利亚量子初创公司Quantum Brilliance开发了一台基于金刚石NV色心的量子计算机，5个量子比特，只有台式电脑主机那么大，宽度为19英寸。

Quantum Brilliance金刚石量子计算机

这种小型设备，国内也有，总部位于合肥的国仪量子发布了一台2个量子比特的金刚石量子计算教学机，可以实现Deutsch-Jozsa量子算法，目前已在部分高校应用。

国仪量子金刚石量子计算教学机

另一家位于深圳的量旋科技，也发布了一台桌面型核磁共振（NMR）量子计算机，2个量子比特，尺寸也非常小。

量旋科技NMR量子计算机

上述三台量子计算机比因斯布鲁克的紧凑型离子阱设备都要小，这是因为金刚石和核磁共振最大的优点是可以室温运行，不需要庞大的低温和真空设备。但是缺点也很明显，其扩展性较差，所以你很难看见一台金刚石或NMR量子计算机的量子比特数超过10个，通常这种设备都用于教学。

不过,Quantum Brilliance表示他们将在五年内扩展到50个量子比特，并将尺寸进一步缩小为一张显卡的大小。能否真的实现，我们拭目以待。

但总体来说，在量子计算发展早期，追求小型化的意义不大，实际上全世界性能领先的量子计算机全是大型设备。目前量子计算机的主要任务是量子比特的扩展、保真度的提高、相干时间的增加以及错误的缓解和纠正。而且，随着量子云平台越来越普及，对用户来说，量子计算机的尺寸大小，并不影响他们的使用。

参考链接：

[1]https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-06/uoi-cqc061721.php

[2]https://journals.aps.org/prxquantum/pdf/10.1103/PRXQuantum.2.020343

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