工程7（2021）1199新闻亮点量子计算迅速获得第二次至高无上的地位克里斯·帕尔默高级技术作家突显了量子计算领域的加速发展步伐，2020年12月，一个中国团队报告称，其名为九章的全光子系统在200秒内完成了他们估计需要25亿年才能完成的经典超级计算机。虽然陪审团仍然不知道量子计算何时以及是否会实现其潜在的承诺，但多家公司正在努力推动竞争技术做出裁决。‘‘The九章一年多前，谷歌在2019年10月宣布了其54位量子计算机Sycamore的第一个至高无上的实例，该计算机是基于超导金属环的完全不同的架构构建的Sycamore在三分钟内解决了谷歌声称在国际商业机器公司（IBM）建造的经典超级计算机上需要10000年的问题。不过，IBM的工程师们对这一成就轻描淡写，他们认为，配备了最佳算法的超级计算机可以在几天内得出同样的结果。九章是由中国安徽省合肥市中国科技大学物理学教授潘建伟和陆朝阳领导的团队建造的。这是一台玻色子采样机，2010年，美国马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的工程师Scott Aaronson和Aleksandr Arkhipov首次设想将其作为展示量子优越性的手段。九章的工作原理是将光子-玻色子（相对于费米子），具有整数值的内在角动量（或自旋）的基本粒子类别-发送到一个极其复杂的迷宫中，该迷宫由300个分束器和75个镜子组成，位于大约3平方米的光学台上（图11）。①的人。在所谓的量子叠加中，九章的复杂分束器网络将每个光子同时引导到两条路径上。这些路径也会合并，分裂和合并会根据量子规则造成光子之间的干涉。探测器通过其100个输出通道之一捕获每个光子从桌面迷宫的出口。在多次运行的过程中，该过程产生在每个出口位置处捕获的光子数量的分布，如钟形曲线，图1.一、中国科学技术大学的一个工程师团队在一个大约3平方米的光学台上建造了这个光子设备，它有300个分束图片来源：USTC（公共领域）。正态分布的弹珠落入高尔顿板[4]。九章可以直接测量这种分布，但如果使用大量光子和足够的通道进行测量，这种分布就变得过于复杂，经典计算机无法计算。重新安排分束器和反射镜的位置使研究人员能够“编程”九章来执行特定的搜索和采样问题。2019年，中国科学技术大学的团队展示了玻色子采样，检测到14个光子[5]，这对于典型的笔记本电脑来说很难计算，但对于超级计算机来说很容易。他们目前的设备在200秒内每次运行平均检测到43个光子，其中一次运行检测到76个光子。 根据该团队‘‘They虽然许多人钦佩九章背后的工程，但一些研究人员对这一成就不那么热情。“这个实验需要很多的小心和技巧，但我相信这主要是关于吹牛的权利，”美国俄克拉荷马州立大学斯蒂尔沃特分校工程学教授、量子力学和密码学专家Subhash Kak说。“从这里到实用的量子计算机的道路是非常困难的。而且，正如IBM公开拒绝Sycamore一样https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.07.0062095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是CC BY许可下的开放获取文章（http：//creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engC. 帕尔默工程7（2021）1199‘‘Experimentally, it is a technological feat, but I am not convincedthat it shows true quantum advantage,” said Itay Hen, associate ‘‘Ican almost guarantee that in the near future somebody will say,‘Look,至于九章的玻色子抽样计算的有用性“对于光子，基于干涉的计算概念很容易，”他说。加拿大多伦多的Xanadu公司就是一家致力于开发更实用的“通用”光子量子计算机的公司XanaduXanadu射入X8芯片的红外激光脉冲耦合到微观谐振器，产生由多个光子叠加组成的然后，光子从芯片中流出，到达超导探测器，超导探测器对光子进行计数，以获得量子计算的答案该公司这项技术可能会将量子计算机连接到一个Xanadu声称，到2026年，它将能够扩展到100万个量子比特，尽管这些量子比特中的绝大多数将用于纠正量子系统中发生的众多错误，而不是数据处理。在另一项基于光子的努力中，位于美国加利福尼亚州帕洛阿尔托的初创公司PsiQuantum已经筹集了至少2.15亿美元来构建自己的可编程光子量子计算机[8]。该公司相信，到2025年，它可以建造一台百万量子位机器，这在很大程度上要归功于与全球领先的半导体制造商之一GlobalFoundries（美国加利福尼亚州虽然使用超导回路和光子学进行的量子计算已经成为至高无上的头条新闻，但使用基于捕获离子和所谓的中性原子的量子计算架构的研究人员也在取得进展。由于这两种系统类型中的量子位本质上是相同的，因此它们保持相干性的时间比超导或半导体量子位通常所做的时间更长，从而提高了在量子位退散之前成功完成计算的几率。初创公司IonQ（美国马里兰州学院公园）于2021年3月在一家价值约20亿美元的特殊目的收购公司（SPAC）交易中上市[9]，该公司使用激光读取被困在磁场中的镱离子的量子态IonQ工程师最近报告 说， 用 13 个 物理 量子 比 特编 码的 逻 辑量 子比 特的 错 误率 为0.3%[10]。2020年8月，IonQ在亚马逊的Braket云平台上向公众开放了一台11量子比特的量子计算机总部位于美国北卡罗来纳州夏洛特的全球技术和制造集团霍尼韦尔也在提高竞争水平。2021年6月，该公司宣布将其量子计算部门与剑桥量子计算公司合并，剑桥量子计算公司是英国剑桥的一家量子化学，量子机器学习和量子增强网络安全应用软件开发商[12]。几个月前，在2021年3月，霍尼韦尔宣布其基于离子的量子计算机实现了512的量子体积[13]，这是在公司开发的量子计算机上测量的最高值，1200约会量子体积是一个度量系统中量子比特的数量以及它们的退相干时间的指标，它不仅提供了一个系统可以处理的计算量的更全面的画面，而且还提供了系统可以执行计算的可靠性虽然中性原子初创公司筹集的资金少得多，技术也不发达，但这些系统也显示出潜力。他们的工作原理是利用激光脉冲将原子阵列捕获在真空室中。然后，其他激光激发原子最外层的电子，使它们远离原子核，使原子变小到正常大小的数十亿倍。一旦处于这种状态，原子的行为就更像离子，与相邻原子发生电磁相互作用，从而形成纠缠态可以用来进行计算的量子比特法国公司Pasqal（Massy，法国）已经建立了一个200量子位的中性原子处理器，计划在2021年底推出基于云的服务。该公司希望到2023年 开 发 出 1000 量 子 位 处 理 器 [15] 。 另 一 家 中 性 原 子 初 创 公 司ColdQuanta（美国科罗拉多州博尔德）计划在2021年底发布100量子位设备[16]，1000量子位版本计划于2023年发布。“离子计算非常强大，特别是在欧洲和美国，中性原子计算正在迎头赶上，”Walther说。 这是一场决定哪一个是最好的系统的公开比赛引用[1] 钟华生，王宏，邓永华，陈美心，彭立昌，罗永华，等。利用光子的量子计算优势。Science2020;370（6523）：1460-3.[2] 帕尔默角谷歌向量子计算迈出了一大步。工程2020;6（4）：381-3.[3] Aaronson S ， Arkhipov A. 线 性 光 学 的 计 算 复 杂 性 。 2010 年 。 arXiv ：1011.3245。[4] Barile M ， Weisstein EW. Galton board [Internet]. Champaign ： WolframMathWorld; 2021年5月18日[引用于2021年6月25日]。可从以下网址获得：https://mathworld.wolfram.com/GaltonBoard.html[5] 王宏，秦军，丁旭，陈文忠，陈胜，游旭，等.10 - 14维希尔伯特空间中20个输入光子和60模干涉仪的玻色子采样. Phys Rev Lett2019;123（25）：250503。[6] Arrazola JM，Bergholm V，Brádler K，Bromley TR，Collins MJ，Dhand I，etal. 在可编程纳米光子芯片上有许多光子的量子电路。 Nature 2021;591（7848）：54-60.[7] ChenYA，Zhang Q，Chen TY，Cai WQ，Liao SK，Jun Z，et al. 一个超过4,600公里的综合空间到地面量子通信网络。Nature2021;589（7841）：214-9.[8] 万斯河量子计算创业公司筹集了2.15亿美元用于更快的设备[互联网]。纽约市：彭博 商 业 周 刊 ; 2020 年 4 月 6 日 [ 引 用 2020 年 6 月 17 日 ] 。 可 从 ：https://www.bloomberg.com/news/articles/2020-04-06/quantum-computing-startup-raises-215-million-for-faster-device获得。[9] 史密斯-古德森山口IonQ以20亿美元的交易将量子计算公之于众泽西城：福布斯;2021 年 3 月 23 日 [ 引 用 于 2020 年 6 月 17 日 ] 。 可 从 ：https://www.forbes.com/sites/moorinsights/2021/03/23/ionq-takes-量 子 计算 公共与20亿美元的交易/？sh=392df7a35d06。[10] Egan L，Debroy DM ，Noel C，Risinger A，Zhu D，Biswas D，et al. Fault-tolerant operation of a quantum2020年。arXiv：2009.11482。[11] 费德·T 量子计算在私营部门崛起今日体育2020;73（11）：22-5。[12] 拉迪诺瓦湾霍尼韦尔和剑桥量子成立合资企业，建立新的全栈量子业务[互联网]。旧金山：TechCrunch; 2021年6月9日[引用于2020年6月17日]。可从以下网站获取 ： https://techcrunch.com/2021/06/08/honeywell-and-cambridge-quantum-form-joint-venture-to-build-a-new-full-stack-quantum-business/。[13] Smith-Goodson P. Honeywell量子计算机模型H1创下了512的新量子体积记录。泽西市：福布斯; 2021年3月9日[引用2020年6月17日]。可从以下网站获取：https://www.forbes.com/sites/moorinsights/2021/03/09/honeywell-quantum-computer-model-h1-sets-a-new-measured-quantum-volume-record-of-512/ ？sh=5830aa4e7813。[14] Henriet L，Beguin L，Signole A，Lahaye T，Browaeys A，Reymond GO，et al.Quantum computing with neutral atoms.2020年。arXiv：2006.12326。[15] 帕尔默·MPasqal筹集了2500万欧元用于建造1000量子位量子处理器[互联网]。伦敦：筛选; 2021年6月8日[引用2020年6月17日]。可从以下网址获得：https://sifted.eu/articles/pasqal-1000-qubit-quantum/[16] 米卡·D ColdQuanta加入IBM量子计算创业工作组，研究[互联网]。博尔德：每日相 机 ; 2021 年 5 月 26 日 [ 引 用 2020 年 6 月 17 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://www.dailycamera.com/2021/05/26/coldquanta-joins-ibm-working-group-for-quantum-computing-startups-research/。
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