IBM宣布达到512量子体积，为什么超导的QV比不上离子阱？
光子盒研究院出品
刚参加完第28届索尔维会议的IBM Quantum负责人Jay Gambetta，在推特公布了一个好消息，IBM新的门架构(Falcon R10)提供了更高的保真度和低串扰，电路质量更好，因此实现了512量子体积(QV)，这是IBM在两个月内的第二次升级。
光子盒总结了从2020年1月以来IBM和霍尼韦尔在量子体积指标上的竞争，上个月，IBM宣布首次达到256QV，但同时霍尼韦尔已经是创纪录的4096了。
可能很多人都有疑问，IBM的量子比特都127个了，为什么量子体积比不上只有12个量子比特的霍尼韦尔离子阱量子计算机？
这里就不得不说到量子体积的定义了，它的计算公式如下：
其中，VQ即量子体积，对于一个n量子比特处理器，m≤n，d(m)是最大方形电路中的量子比特数。也就是说量子体积与处理器拥有的量子比特数有关，还与量子处理器能够可靠运行的最大方形电路的深度有关。
随机方形电路
就拿本次IBM达到512QV的处理器来说，从Gambetta公布的图片来看，这款处理器至少有31个量子比特，但是最大方形电路中的量子比特数只有9个，根据公式计算为512QV。
为什么会这样？因为量子体积是个综合指标，其影响因素包括量子比特数、保真度、连通性和电路编译效率等。超导和离子阱平台的差距主要在连通性上，如下图，左边超导量子芯片的1个量子比特仅与相邻的4个量子比特连接，现在IBM采用六边形结构，1个量子比特则最多与相邻的3个量子比特连接，而右边离子阱量子芯片的量子比特是两两相互连接的。
在离子阱处理器中，几乎所有量子比特都能作为量子体积测试中的有效量子比特，正如最近霍尼韦尔的4096QV，但由于其处理器只有12个量子比特，因此QV已经达到极限，除非继续增加量子比特——这正是IBM的优势。
IBM在连通性处于巨大劣势的情况下仍能快速升级，特别是采用新结构后连通性更差(至于IBM为什么要这样做，请阅读《解读IBM量子处理器新的拓扑结构：为了减少错误而做出的妥协》)，恰恰证明IBM在其他方面的表现更好，正如Gambetta所说的更高的保真度和低串扰。
如果霍尼韦尔或Quantinuum不能在量子比特数方面取得突破，未来量子体积被IBM量子计算机赶超的可能性很大。