最强20Q全连接离子阱量子计算机诞生，摩根大通用其证明迄今最大的量子优化算法
近日，量子计算公司Quantinuum宣布，对其离子阱量子计算机H1-1进行重大升级，从最初的12个量子比特增加到20个全连接的量子比特[1]。
与此同时，来自摩根大通的研究人员发布了一篇论文[2]，展示了在升级后的H1-1上进行的工作，证明了迄今为止最大的量子优化算法的执行。
Quantinuum是由霍尼韦尔量子解决方案部门与剑桥量子计算公司合并而成。合并后不久便推出了先进的量子计算化学软件平台InQuanto。在间隔不到一个月的时间里，又推出新升级的20个全连接量子比特的量子计算机。
照此发展，我们有理由相信，早期扬言的合并后的Quantinuum最快将于今年年底前上市，即将成为现实。
01. H1-1的升级
此次对H1-1量子计算机进行的升级包括：
将完全连接的量子比特的数量从12个增加到20个，同时保持其较低的双量子位门错误（典型性能保真度为 99.7%，保真度高达 99.8%）和关键特性，如 中间电路测量、量子比特重用、量子条件逻辑和全对全连接。
将门区的数量从三个增加到五个，使 H1-1 能够同时完成更多的量子操作，并允许增加电路执行的并行化。
系统模型 H1 的第二个版本 H1-2 计划在今年晚些时候进行类似的升级。
Quantinuum 除了提供对其系统的直接访问之外，还通过微软的 Azure Quantum提供对其量子计算机 H1-1 和 H1-2 以及 H1 模拟器的访问。
Quantinuum总裁兼首席运营官Tony Uttley在官方公告中说："通过这些升级，开发人员能够在不牺牲性能的情况下运行比以前更复杂的计算。这次升级是我们独特商业模式的又一例证，即不断升级我们的系统，甚至在它们投入商业使用之后，为我们的用户提供最佳性能"。
“我们正在增加量子比特，并在不影响任何功能的情况下保持保真度，这对于我们扩展到未来的H系列产品来说是绝对必要的。”
当然，目前还不清楚在众多竞争性的量子比特技术（离子阱、超导、光子、中性原子等）中，哪一种会随着时间的推移而占主导地位。
离子阱技术有明显的优势，如相同的量子比特，长相干性等。同时，也有一些缺点。到目前为止，还没有完美的量子比特。
升级后的硬件显著增强了由霍尼韦尔提供支持的H1-1量子计算机的计算能力，自 2020 年秋季首次亮相以来，该计算机在量子体积（衡量整体性能的指标）方面创造了多项行业记录。
02. 摩根大通的研究论证
摩根大通在arXiv预印本中发布的工作（Constrained Quantum Optimization for Extractive Summarization (ES) on a Trapped-ion Quantum Computer）[2]证明了升级后的硬件的性能。
摩根大通工程师兼量子计算和通信研究负责人Marco Pistoia说：“摩根大通的量子计算团队一直在使用Quantinuum的量子计算机进行实验，利用计算机非常高的量子体积，使用中间电路测量和重用以及量子条件逻辑，我们将H1-1计算机的20个量子比特用于量子自然语言处理算法，用于提取文本摘要。结果与用无噪音模拟器计算的参考值几乎相同，验证了计算机的高保真度。"
提取文本摘要这一实例也许不是大多数人所设想的量子计算应用，但事实证明，这是一个困难的优化问题的优秀例子。事实上，已经被用于运行在几个不同的量子计算机（IBM，Rigetti，IonQ）和测试系统性能。
在这项工作中，他们考虑了提取总结的约束优化问题，并展示了迄今为止最大的量子优化算法的执行，该算法在量子硬件上保留了约束。
他们报告了在Quantinuum H1-1离子阱量子计算机上使用带有Hamming-weight-preserving XY mixer（XY-QAOA）的量子交替算子Ansatz算法的结果。他们成功地执行了XY-QAOA电路，将量子演化限制在约束子空间内，使用了多达765个双量子门，双量子门深度高达159，以及H1-1设备的所有20个量子比特。
图｜论文中的一个表格，包含类似实验以及摩根大通测试结果
通过展示在约束概率和解决方案的质量之间的权衡，证明了将约束直接编码到量子电路中的必要性，如果使用无约束的量子优化方法，这种权衡是隐性的，这种权衡使得选择好的参数一般都很困难。
他们将XY- QAOA与层变分量子Eigensolver算法（该算法具有高度表现力的恒定深度电路）和量子近似优化算法进行比较，实验结果表明，硬件和算法的快速进步使量子硬件上的约束优化问题的解决成为可能。
详细内容，可查看文末论文[2]。
引用：
[1]https://www.quantinuum.com/pressrelease/quantinuum-completes-hardware-upgrade-achieves-20-fully-connected-qubits
[2]https://arxiv.org/abs/2206.06290