2021年终庆，全球首个QV-2048离子阱量子计算机发布｜量子客
2021全球量子计算热闹非凡，从中国两个物理体系双双实现量子优越性，到IBM公司将低温超导量子计算系统的物理量子比特数量增破百至127Q，从过去40年的进程来看，量子计算的增长前所未有的快。
最为震撼的是，2021年末的最后一天，由全球顶级的工业巨头霍尼韦尔量子解决方案团队和全球顶级的量子软件公司合并创立的新量子公司Quantinuum对外宣布，该公司的最新离子阱系统H-2率先证明达到了里程碑2048量子体积（QV-2048）的成果。
1. Quantinuum的突破
随着2020年秋季由霍尼韦尔提供技术支持的系统模型H1的发布，Quantinuum开始更新展示其设计方法。
2020年10月，第一个系统模型H1发布，也被称为H1-1，当时的测量的量子体积为达到了QV128（量子客：霍尼韦尔量子计算机突破QV128 ），号称全球最强（此时IBM超导只有QV64）。
量子体积是IBM推出的一个指标，用来衡量一个量子计算系统的整体能力和性能，而不只是考虑技术方向或者物理量子比特的数量。
计算量子体积需要运行一系列复杂的随机线路，并对结果进行统计测试，最终方能确定系统所达到量子体积。
2. 指数级速度升级
2021年期间，Quantinuum在其离子阱硬件组（以前为霍尼韦尔量子解决方案，Honeywel Quantum solution）对H1-1进行了多次升级。
在2021年3月实现了512的量子体积测量记录（量子客：全球首台商用512QV量子计算机发布（附参数详解）），不足4月后在2021年7月实现了傲人的1024的量子体积记录（量子客：新记录，全球首台商用1024QV量子计算机发布）。
也是在同一时期，Quantinuum开始建立，并隐秘地向客户和合作者发布其第二代H1型量子计算机，称为H1-2。系统模型H1-2使用了与H1-1相同的离子阱架构、控制系统设计和集成光学。
H1-2是在H1-1的基础上升级而来。
据官方介绍，在2021年期间，两台H1量子计算机的升级包括改进门和测量的保真度，减少内存错误，更快的量子线路编译，纳入实时经典计算资源和使用12个物理量子比特的量子操作，相较于最初发布时的10个量子比特多了额外的两个。
这种方法的显著特点是能够提供近乎连续的升级能力，同时在性能上保持一致。
3. 每年10倍的增长
就在上周最后一次测试中，H1-2测得的量子体积为2048，为量子计算机测得的最高量子体积设立了最新的标准。
H1代量子计算机的性能继续实现2020年3月宣布的每年10倍的增长，这样的增长似乎和摩尔定理不太一样。当然，前期硬件规模小，增长指数级尚可理解。
4. 测量数据
这个里程碑里，平均单量子比特门保真度为99.996%，平均双量子比特门保真度为99.77%，状态准备和测量（SPAM）保真度为99.61(2)%。
从演示中看来，整个测试总共运行了2000个随机生成的量子体积线路，每个线路运行了5次，使用标准的优化技术，每个线路平均产生122个双量子比特门。
系统模型H1-2成功地通过了2,048个量子体积基准，69.76%的时间返回了重度输出，这超过了2/3的阈值，置信度高达99.87%。
图4显示了Quantinuum对量子体积的测试的输出，以及每个测试通过的日期。所有的测试都高于2/3的阈值，以通过各自的量子体积基准。
圆圈表示重度输出的平均值，形状如小提琴的图显示直方图的分布。蓝色的数据显示系统性能结果，红色的点对应于建模、包含噪音的模拟数据。白色标记是两西格玛下限的误差界限（Two-sigma error bounds.）。
上图显示了每个量子体积2048的线路的单个重度输出。蓝线是重度输出的平均值，橙线是双西格玛的下限误差条，在818个电路后越过了2/3的门槛，对应的通过了测试。
这是Quantinuum取得的一连串成就中的最新一项，该公司最近宣布完成了霍尼韦尔量子解决方案和剑桥量子计算公司的合并，形成了世界上最大的独立的集成量子计算公司。
这一消息也紧随Quantinuum的旗舰产品Quantum Origin的发布之后，Quantinuum是世界上第一个量子增强的加密密钥生成平台。
这个突破，无疑是2021最为惊喜的突破，量子客也伴随着整个量子科技的发展走过了2021，经历了许多大的里程碑。愿2022，一直为订阅者提供高质、省时的内容。
2022见！
参数说明：
量子体积（Quantum Volume,QV）
由IBM制定的关于量子设备的性能度量标准，不仅考虑量子比特的数量，还要考虑量子比特的连通性，门的测量误差，相干时间的增加，设备串扰的减少，以及软件对线路编译效率的改进等。
随着量子体积的增加，量子计算机解决真正复杂问题的能力则越强。
保真度（Fidelity）
对于保真度，数字越高越好。系统的极限保真度量化了得到正确答案的频率。
相干时间（Coherence time）
指量子比特保持其叠加状态的持续时间长短。其退相干时间越长，则运行效率越高。在进行量子计算实验时，所有的量子操作要在量子退相干之前完成，才能保证量子操作的保真度。量子比特中相干性的丧失，导致量子比特的叠加态坍缩为经典态。这可能是由于有意测量量子比特，也可能是由于系统中的噪声或故障所导致。
全连接（Fully-Connected ）
连通性定义了量子计算机中可以纠缠的量子比特对。一些硬件可以将纠缠操作直接应用于系统中的任何两个物理量子比特。其他硬件只能在物理上彼此相邻的量子比特对上运行。 全连接意味着任何量子比特都可以与任何其他量子比特直接交互，而无需中间量子比特交互。这样可以实现更深的量子线路和更高级的算法，从而以更少的步骤解决问题，并充分利用量子比特有限的相干时间。
中间线路测量
中间线路测量是一项独特的功能，它允许在量子线路末端以外的其他位置选择性地测量量子比特。测得的量子比特的量子信息坍塌为经典状态（0或1），但是未测出的量子比特保留其量子状态。根据测得的量子比特，用户可以决定在线路中进一步采取什么措施。
本质上，这是一个量子“ IF”陈述。一旦测量了一个量子比特，就可以将其重新初始化并重新整合到量子线路中，以重新用于其他操作。这样，可以用较少数量的量子比特对较大的系统建模。
高分辨率旋转
霍尼韦尔系统模型HØ使用基于激光的门来实现单量子比特门操作中的精确旋转，而不需要进行多步复合操作来产生相同的旋转角度。这样可以在线路深度范围内提高操作效率。