Rigetti公司三年前承诺的128量子比特，终于要兑现了？

光子盒研究院出品

早在2018年9月，全栈量子计算公司Rigetti Computing发起了一项100万美元的挑战，第一个证明量子计算机能够实现量子优势的人或团队，将获得100万美元的奖金。同时，宣布计划在未来12个月内基于一种新的芯片架构制造一台128量子比特计算机。

可惜，Rigetti的承诺至今未能兑现，不过他们最近取得的一项突破，有望兑现三年前的承诺。

6月29日，Rigetti宣布将推出世界上第一个多芯片量子处理器。该处理器采用专有的模块化架构，可加快商业化进程并解决容错量子计算机的关键扩展挑战。Rigetti预计今年晚些时候将在其量子云服务平台上推出由突破性多芯片技术驱动的80量子比特系统。不过IBM、谷歌都表示将在今年内推出100+量子比特系统。

尽管和128量子比特仍有一定距离，但是相比Rigetti目前Aspen-9芯片的31量子比特，已经是一个巨大飞跃了。

Rigetti Computing的创始人兼首席执行官Chad Rigetti说：“我们已经开发出一种全新的方法来扩展量子计算机。我们在芯片设计和制造方面的自主创新，开辟了构建运行实际应用和纠错所需系统的最快途径。”

Rigetti模块化量子处理器

Rigetti未来的量子处理器设计将与目前的产品大不相同。它不像其他公司构建单片处理器，而是在芯片上构建更小的量子比特集合，这些芯片可以物理连接在一起成为单个功能处理器。这与其说是模块化芯片设计，不如说是多处理。

Rigetti的计算机依赖一种称为“transmon”量子比特的技术，该技术的基础是连接到共振器的超导线圈。这与谷歌和IBM等大型竞争对手使用的量子比特技术是一样的。在计算过程中，一个transmon的状态会影响其相邻transmon的状态，这是量子计算的一个基本特征。在某种程度上，transmon量子比特之间的连接拓扑是机器计算能力的关键因素。

这与霍尼韦尔离子阱计算机等系统形成了对比，在这种系统中，任何量子比特都可以与任何其他量子比特相互作用，至少在当前的量子比特数量下是如此。

另外两个阻碍性能的因素是单个量子比特的错误率和量子比特数量。增加量子比特数可以提高处理器的计算能力——但前提是所有增加的量子比特都具有足够高的质量，使得错误率不会限制执行精确计算的能力。

作为一家初创公司，Rigetti无法获得IBM等公司可用的资源。尽管Rigetti在制造自己的transmon处理器方面做得非常出色，但它仍然落后于更大的竞争对手。IBM最新处理器中的量子比特数超过60，而Rigetti的最新处理器的量子比特数为31。

当在没有足够的量子比特进行纠错的情况下，我们仍然不确定是否可以在量子处理器上执行有用的计算，但这并不是一个主要的限制。同时，快速扩展的清晰路径对于达到可以进行纠错的程度至关重要，我们可能会发现某些算法可以在可用的量子比特数量和完全纠错所需的量子比特数量之间有效运行。

对于Rigetti来说，将几个较小的处理器（该公司已经证明可以生产）合并为一个更大的处理器的能力应该让它迅速增加其量子比特数。将在未来几个月内推出80量子比特处理器。

不用单片设计的另一个好处是，大多数芯片往往有一个或多个量子比特，要么有缺陷，要么有不可接受的高错误率。通过采用模块化设计，该公司可以减少这种现象带来的后果。Rigetti可以生产大量的模块，并将缺陷最少的芯片组装起来。

或者，他们可以选择具有低错误率量子比特的模块，降低的错误率可以抵消较低量子比特数的影响。

扩展量子计算机面临着固有的挑战。随着芯片尺寸的增加，出现故障的可能性会更高，制造成品率会更低，生产高质量器件的难度也越来越大。Rigetti通过开发将多个相同芯片连接到一个大规模量子处理器的技术，消除了这些障碍。这种模块化方法成倍地降低了制造复杂性，并允许加速、可预测的扩展。

熟悉该公司工作的哈佛大学电子工程教授Marko Lončar说：“可扩展性是整个量子计算行业的核心目标。Rigetti是第一个针对这一重大技术挑战展示简洁且有效的解决方案的公司。”

该公司的多芯片方法使未来的系统能够成倍地扩展。Rigetti目前正在开发的下一代架构，其中包括具有更多量子比特的单个芯片，以及帮助将更多芯片连接到更大处理器的先进技术。Rigetti在其位于加州的专属量子代工厂制造所有芯片。

斯坦福大学应用物理学副教授Amir Safavi-Naeini说：“从今天的设备拥有的数十个量子比特，到未来系统解决现实世界问题所需的数千个量子比特，这个过程是一场竞赛。Rigetti的模块化方法展示了一种非常有前途的方法来接近上述规模。”

关于Rigetti Computing

Rigetti Computing是一家总部位于美国加州伯克利的全栈量子计算公司，它构建了超导量子计算系统并通过云提供访问。这些系统对与现有计算基础设施的集成进行了优化，并为支持实用软件和应用程序的开发而量身定制。

参考链接：

[1]https://www.globenewswire.com/news-release/2021/06/29/2255028/0/en/Rigetti-Computing-introduces-world-s-first-scalable-multi-chip-quantum-processor.html

[2]https://arstechnica.com/science/2021/06/quantum-computing-startup-rigetti-to-offer-modular-processors/

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