承包美国空军上亿元大单！IonQ再推两款新型量子处理器

光子盒研究院

对于专注于开发基于捕获离子系统的量子计算初创公司IonQ来说，本周是忙碌的一周。

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9月27日，在量子世界大会上，该公司发布了两款新系统：Forte Enterprise和Tempo，这两款系统可安装在机架上，并可部署在传统数据中心。昨天，在Tabor Communications（HPCwire的母公司）HPC和AI on Wall Street会议上，该公司在发言中极力主张利用新系统在2-3年内实现量子优势。

如果你一直在关注量子计算，就可能知道在数据中心部署量子计算机是非常罕见的事情。绝大多数NISQ时代的计算机都是通过门户网站访问的。IonQ公司最新宣布的消息，以及中性原子专家QuEra公司8月份宣布的类似消息，以及IBM公司（克利夫兰诊所和PINQ2）有选择地部署内部量子系统的努力，都表明市场正在发生变化......
IonQ的两个机架式解决方案专为希望在现有基础设施中集成量子功能的企业和政府而设计。据该公司报道，“企业将能够直接从自己的数据中心利用量子的力量，使这项技术更容易获得和应用于关键的工作流程和业务流程”——IonQ还称新系统为企业级系统。
与此同时，IonQ还宣布，他们已与美国空军研究实验室(AFRL)签订了2550万美元（约1.86亿元）的合同。这是他们去年赢得的1340万美元交易的延续，该交易提供了 IonQ 的捕获离子量子处理器以及量子算法和应用程序的开发。

具体来说，公告内容包括：
- IonQ Forte Enterprise为现代数据中心带来了量子计算：IonQ Forte Enterprise的目标性能为#AQ 35，有望进一步巩固IonQ作为全球功能最强大的商用量子计算机供应商的领先地位。IonQ Forte Enterprise专为复杂计算问题而设计，包括流程优化、量子机器学习、关联分析和模式识别。后续，IonQ 将这些功能精简到一个紧凑的外形中，可以在现有的数据中心基础设施中轻松部署。

IonQ Forte Enterprise为现代数据中心带来业界领先的量子计算性能

预计IonQ Tempo将为当今最苛刻的使用案例带来商业优势能力

- IonQ Tempo可为要求最苛刻的应用案例提供商业优势功能：IonQ首次披露了备受期待的#AQ 64企业级系统IonQ Tempo的最新细节。基于#AQ 64的Tempo系统将远远超过传统计算机和图形处理器的模拟能力，其计算空间甚至比IonQ Forte Enterprise还要大5.36亿倍，在计算能力方面实现了惊人的飞跃。
- IonQ的最新技术路线图：IonQ还概述了其技术路线图，展示了公司将如何实现在最近的23财年第二季度财报电话会议上提出的业务和技术目标。更多细节将在10月份的网络研讨会上公布。

“当今的量子能力往往受限于系统的可访问性和规模的不准确性。”IonQ首席执行官兼总裁彼得·查普曼(Peter Chapman)说：“通过Tempo和Forte Enterprise，IonQ向我们的合作伙伴发出信号，量子技术可以与现有的数据中心硬件携手并进，并将在两年内实现商业优势。”

“我们正在快速接近量子计算机成为解决世界上最具挑战性问题的默认工具集的时刻。IonQ正在带头确保我们的系统可用，以便企业公司现在就能为这一时刻做好准备。”

IonQ报告称，其Forte企业系统将于2024年推出，Temp将于2025年推出。并且，他们已经从QuantumBasel收到了IonQ Forte Enterprise和IonQ Temp的第一批订单。
2023年，对于IonQ来说无疑是格外忙碌而卓有成效的一年，公司在业务和技术上都大放异彩：今年8月，该公司宣布与总部位于瑞士的QuantumBasel公司签订了未来系统销售合同，目标是建立欧洲量子数据中心；此外，该公司还宣布了与众多全球合作伙伴共同开展的研究项目和成果，包括开发世界上首个量子认知模型、为蒙特卡罗模拟的求解奠定基础，甚至开发未来量子网络的先驱......
在华尔街高性能计算和人工智能会议上，战略合作副总裁Philip Farah和企业销售总监Bob Fletcher共同回顾了IonQ在实现量子优势方面的进展和计划。

IonQ创始人Chris Monroe（右）和Jungsang Kim（左）

事实上，IonQ成立仅8年时间，但是创始人Chris Monroe研究离子阱计算机超过20年。上世纪90年代，他在诺贝尔奖得主David Wineland的NIST小组工作，领导小组演示了第一个量子逻辑门，并利用捕获原子进行了第一个可控量子位演示。
2000年，Monroe成为密歇根大学物理和电子工程系教授，在那里他率先使用单光子耦合原子间的量子信息，并演示了集成在半导体芯片上的第一个电磁原子陷阱，因此获得了美国物理学会的I.I.Rabi奖。
2007年，Monroe加入马里兰大学，他的团队研究了超快激光脉冲在快速量子纠缠操作中的应用，率先将捕获离子用于与量子磁有关的许多体模型的量子模拟。2016年，他被选为美国国家科学院院士。
IonQ的另一位创始人则是杜克大学的教授Jungsang Kim，多年来一直在研究离子阱量子计算机。虽然IonQ的研发团队（据公开信息）只有30多人，背后却有马里兰大学和杜克大学强大的科研支持。
此次，战略合作副总裁Farah表示：“我们的系统使企业能够开始瞄准用例，对其进行测试，并找出哪些用例更有潜力。我们还没有达到这样的程度，即你可以说，好吧，我们在这些用例中拥有量子优势，我们可以开始扩展它们。但我们相信，还有两年左右的时间。量子优势将体现在最有前景的领域：包括机器学习、优化、模拟密码学等。”

IonQ各代量子系统特性的对比图表

不可忽视的是，还有许多量子比特模式正在开发中。捕获离子是比较成熟的方法之一，它有几个优点：包括相干时间长、制造问题少（因为离子本身是天然相同的），而且不需要超导量子比特那样的极冷条件——后者需要昂贵的稀释制冷机才能运行，这也是将此类系统置于数据中心的一个复杂因素。

没有人认为量子计算机现在就可以用于生产环境：它们仍然太容易出错，往往难以维护，（量子比特数量）通常也不够大，不适合实际应用。许多人认为，要生产出足够大（1000到数百万量子比特）的容错机器，使其适用于生产应用，还需要十年时间。
IonQ采用一种名为“算法量子比特(algorithmic qubits)”的指标来描述其设备中的量子比特数量——该指标基于量子经济发展联盟(Quantum Economic Development Consortium)的研究成果。IonQ的指标包含几个要素，包括一些标准任务的性能以及电路深度和宽度。
即将推出的系统将分别拥有35和64个算法量子比特。
即便如此，人们还是一致认为量子计算机将用于解决特定问题，并充当与经典计算机协同工作的加速器：部分问题将由量子计算机解决，部分问题将由经典计算机解决。
IonQ支持这种混合模式，但认为即使量子计算机的量子比特数量相对较少，也能为某些应用提供足够可靠的量子优势。甚至，Farah对金融科技听众的建议是“不要等待，现在就开始探索量子计算”。

BCG（波士顿咨询公司）曾做过一项研究，探讨早期采用者的潜力；它（认为）10%的早期采用者能够获取（新技术）所创造价值的90%。这是为什么呢？Farah表示，早期采用者将从中受益，主要有三个原因：

- 建立量子肌肉记忆。第一，让团队中的人知道如何构建量子算法。无论是量子傅立叶变换，还是试图找到能给出答案的最小能量状态，都必须重新思考问题。
- 寻找引人注目的使用案例。第二部分是构建和调查哪些用例最能利用量子技术。从识别用例、确定优先级、构建量子算法、集成到应用中，然后从IT角度来看，这个过程需要18到36个月。
- 硬件接入。最后，“凳子的第三条腿”是获取硬件。今天，我们理所当然地认为，当我们需要时，硬件是可以访问的。极有可能的却是，当我们遇到拐点曲线时，需求将超过硬件提供商提供所需容量的能力。

目前，大多数量子算法的开发都是在GPU加速的经典系统上完成的，这些系统对低量子比特数的处理效果还算不错。甚至有几家公司（Terra Quantum就是其中之一）表示他们现在可以在经典系统上有效地模拟完整的物理量子比特，并提供有意义的结果。

IonQ的离子阱量子计算机可以通过亚马逊，微软，google的云访问
然而，量子比特数的上升很快就会压垮这些模拟器的能力——Farah认为，在2024-2025年的某个时候，模拟器将无法跟上IonQ的比特数。
“2024年和2025年之间有一个很大的分水岭，模拟器无法模拟量子计算机的全部规模。这意味着什么？今天，当你观察算法开发环境时，我们看到大约40%-45%的算法是在没有引入噪声的模拟器上完成的，另外40%-45%的算法是在模拟器上完成的，模拟器的噪声足迹与你将要使用的QPU一致。然后，使用这两种模拟器开发算法并减少误差，最后在 QPU 上运行，验证一切运行正常。”
“两年后，这将是一场完全不同的比赛，因为将无法使用模拟器来实现这一点。因此，我们将看到在仿真领域用于算法开发的时间比例将大大降低，而用于实际使用QPU的时间比例将大大提高。”

参考链接（上下滑动查看更多）：

[1]https://www.hpcwire.com/off-the-wire/ionq-unveils-forte-enterprise-and-tempo-rack-mounted-enterprise-grade-quantum-computers-for-data-center-environments/

[2]https://www.hpcwire.com/2023/09/27/ionq-announces-2-new-quantum-systems-suggests-quantum-advantage-is-nearing/

[3]https://thequantuminsider.com/2023/09/27/ionq-unveils-forte-enterprise-and-tempo-rack-mounted-enterprise-grade-quantum-computers/

[4]http://scimonitors.com/ionq-co-founders-named-to-new-nqiac/?ckattempt=1

[5]https://ionq.com/algorithmic-qubits

[6]https://mp.weixin.qq.com/s/sux47ZjYO6frF0Bc7Rhc5g

[7]https://ionq.com/get-ready?utm_source=9_26_23&utm_medium=pr&utm_campaign=nova&utm_content=keynote

[8]https://ionq.com/quantum-systems/forte-enterprise

[9]https://ionq.com/news/ionq-announces-new-usd25-5m-quantum-deal-with-united-states-air-force

[10]https://quantumcomputingreport.com/ionq-announces-two-new-quantum-processors-and-a-25-5-million-contract-award-from-the-u-s-air-force/

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