量子计算最重要的竞争不在中美之间，而在……

光子盒研究院出品

在量子计算领域的竞争不仅仅是两个国家的事。目前，美国和中国占据优势，但包括德国、法国或英国在内的其他国家也在做出重要贡献，目的非常明确：在这个学科中获得坚实的技术基础。

从中期来看，量子计算如果能像过去十年那样继续发展，并逐渐绕过仍有待解决的挑战，将不仅在科学研究领域，而且在电信、经济或非常敏感的密码领域，以及许多国家的其他关键领域产生影响。

世界主要国家已经开始了一场长跑，但除了这种国家之间的竞争外，还有一场严格意义上的技术竞争，这场竞争在科学领域之外相对未被注意到。

在这种背景下，在量子计算领域寻求领先的国家并没有发挥主导作用，而是用于制造量子比特的最先进技术。相比制造更好的量子比特，国家之间的竞争不是问题，任何帮助我们开发更多、更好量子比特的创新都是受欢迎的。

虽然制造量子比特的技术众多，但目前领先的量子计算物理实现方式两种：超导和离子阱。

拥有许多量子比特对于量子计算机至关重要。这不仅是因为通过增加量子比特的数量可以同时进行更多的计算，还因为为了使这些设备能够弥补自己的错误，必须拥有更多的量子比特。(目前研究人员通过增加量子比特冗余来纠错。)

Eagle是迄今为止拥有最多量子比特的量子处理器芯片，于2021年11月中旬由IBM推出，拥有127个量子比特。IBM计划到2022年研发出433量子比特芯片，并在2023年研发出1121量子比特芯片。如果IBM或任何其他公司实现了承诺，那么在未来几年内，第一批超过一百万量子比特的量子处理器将问世，而就在那时，量子计算机将达到一个转折点。

西班牙科学家Ignacio Cirac说：“量子比特的数量将取决于我们想用量子计算机解决的问题的类型。为了解决符号问题(Symbolic problem)，我们需要几百万个量子比特，甚至可能数亿个量子比特。现在我们还在关注100个量子比特，所以还有很长的路要走。”

毫无疑问，还有很多工作要做。但研究人员正在努力探索。此外，他们并没有走一条单一的技术道路。目前有两种技术被证明具有巨大潜力，不仅因为这些能够让我们增加量子处理器的量子比特数量，还因为它们允许研究人员微调更高质量的量子比特。

随着量子比特质量的提高，它们抵抗量子退相干(这是当量子效应消失时出现的现象，量子效应使这些计算机比经典超级计算机具有不可逾越的优势。)的能力就越强，这就是为什么不仅要有更多量子比特的处理器，而且要开发出更高质量的量子比特的原因。

IBM、谷歌或英特尔等公司使用超导量子比特技术制造量子处理器，其特点是在大约20毫开尔文(约-273摄氏度)的温度下工作。这些量子比特必须尽可能与环境保持最高程度的隔离，并在非常低的温度下运行。

这是因为这个最低能量水平允许它们延长系统量子态维持的时间，同时也推迟了量子退相干出现的时间。量子态将会维持一段有限的时间，而这段时间正是我们用计算机的量子比特进行量子逻辑运算的时间。

超导量子比特的最大优势之一，就是它们能够以很快的速度扩展量子比特的数量。正如我们所看到的，IBM的目标是到2023年拥有一个1121比特量子处理器，而英特尔、谷歌和中国正在开发的量子芯片可能也将经历类似的发展。

就在最近，英特尔公司宣布，它正在努力提高其量子处理器的可扩展性，将公司数十年来在制造CMOS器件过程中积累的许多知识应用到其制造中。事实上，这家公司和IBM在半导体生产领域的背景对他们有利，因为所有这些知识在解决超导量子比特的逐步改进方面都非常有用。

这就是IonQ和霍尼韦尔正在走的道路，他们取得了不错的成绩。在本文中，我们不会深入研究该技术的操作，以免使其过于复杂，但从宽泛的角度来看，我们可以直观地告诉你如何确定超导量子比特与离子阱量子比特有何不同。

离子阱量子比特使用带正电的电离原子，将它们限制和隔离在电磁场中。因此，它们具有非中性的全局电荷，使得它们能够被隔离并限制在电磁场中。这是这项技术的起点。目前IonQ和霍尼韦尔都专注于离子阱，但他们操纵这些电离原子并对其进行逻辑操作的策略有所不同。

IonQ和霍尼韦尔正在使用的俘获离子量子比特比超导量子比特的鲁棒性更好，使其能够在更长时间内有效地绕过量子退相干。

IonQ通过离子阱作用于其量子比特的量子态，通过冷却它们来降低计算噪声水平，并使用激光来交换它们。但它不使用单个激光器；它对每一个离子使用一个激光器，同时对所有离子使用一个全局激光器。

霍尼韦尔也使用电离原子和激光，但它用来在两个离子之间建立纠缠并用激光作用于它们的过程与IonQ不同。

但无论如何，霍尼韦尔和IonQ都确保了他们的离子阱量子比特比竞争对手使用的超导量子比特更具鲁棒性。他们设法在更长的时间内保持量子态的稳定性，使得他们能够在量子退相干出现之前用他们的量子比特进行更多的操作。

虽然正如我们所看到的，超导量子比特和离子阱量子比特是目前是领先的量子计算技术，但它们并不是我们掌握的唯一技术。

Ignacio Cirac解释说：“西班牙有一些研究分子量子计算的专家。他们在大分子中植入离子，在其中存储信息，但不做计算。无论是在欧洲还是在世界上，这都是一条非常独特的线路，可以加强。与超导量子比特相比，俘获量子量子比特在许多领域都具有更强的鲁棒性。超导量子比特可能会帮助我们获得更多的量子比特，但我们认为它们比俘获离子量子比特有更多的错误。还有第三种技术，中性原子，几个研究团队正在进行研究，在保持量子系统更高准确度、更少错误的同时，设法实现更多的量子比特。我希望很快就能开发出比现在更先进的技术。”

参考链接：

https://voonze.com/in-the-race-for-the-best-quantum-computer-there-are-two-sides-and-they-are-not-the-united-states-and-china-they-are-the-two-most-advanced-qubit-technologies/

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