Quantinuum新H2量子計算機在容錯量子計算取得進展
關鍵詞： Quantinuum H2量子計算機
非阿貝爾任意子的受控創(chuàng)建和操作產(chǎn)生拓撲量子比特，這代表了邁向通用容錯量子計算的重要一步
Quantinuum很自豪也很興奮地宣布這向容錯量子計算邁出的重要一步。 Quantinuum的系統(tǒng) System Model H2 的發(fā)布實現(xiàn)這一獨有的成就，System Model H2是有史以來性能最高的量子計算機。
Quantinuum’s H2 quantum processor, Powered by Honeywell
Quantinuum的H2量子處理器由霍尼韋爾公司提供技術支持，在與各種全球合作伙伴進行了廣泛的發(fā)布前工作之后，該處理器正式推出，對非阿貝爾任意子的受控創(chuàng)建和操縱至關重要 長期以來，對非阿貝爾任子的精確控制一直被認為是將拓撲量子比特用于容錯量子計算機的途徑。
Quantinuum總裁暨首席運營官Tony Uttley表示："隨著我們的第二代系統(tǒng)的推出，我們正在進入量子計算的新階段。 H2強調了實現(xiàn)只有量子計算機才可能達成的有價值成果的機會。 H2處理器的開發(fā)也是邁向通用容錯量子計算的關鍵一步。"
他補充道："這次演示漂亮地證明了我們H系列硬件路線圖的強大功能，并強化了我們的主要目的，即讓我們的客戶能夠解決以前傳統(tǒng)計算機無法解決的問題。 這對社會的影響是巨大的，我們很高興看到這項技術如何真正改變世界。"
Quantinuum的科學家與哈佛大學和加州理工學院的研究人員合作，對H2進行的首批實驗之一展示了一種新的物質狀態(tài)，一種非阿貝爾拓撲有序狀態(tài)。 這是多年來在Quantinuum內(nèi)部一直以"秘密行動模式"下追求的專業(yè)領域，其核心團隊位于慕尼黑，由 Henrik Dreyer博士領導。
由于H2處理器的差異化特征和精確控制，拓撲狀態(tài)（本質上是一個具有有限閘容量的量子比特）是以一種可以實時精確控制其特性的方式創(chuàng)建的，展示了非阿貝爾任意子的創(chuàng)建、編織和湮滅（測量）。
這些結果詳細介紹了Quantinuum的工作，發(fā)表在今天于arXiv 上的一篇詳細科學論文的預印本中。 這項工作為凝聚態(tài)物理學開辟了令人興奮的新研究領域，這是單獨使用傳統(tǒng)計算機無法實現(xiàn)的。 我們與其他QEC代碼（可在這里和這里找到）一起證明了這一成就表明Quantinuum硬件展現(xiàn)出實現(xiàn)容錯的最佳途徑只是時間問題。
Quantinuum創(chuàng)始人暨首席產(chǎn)品官Ilyas Khan表示："容錯量子計算是我們的最終目標。 我們在量子計算領域的世界領先地位繼續(xù)通過真正的進步得到展示和證明，而創(chuàng)造和操縱非阿貝爾任意子來創(chuàng)造拓撲量子比特是另一個例子，當將不可思議的工具交給才華橫溢的人們時，他們會利用這些工具發(fā)現(xiàn)一些可以進行的驚人工作。 這很可能是量子計算行業(yè)的晶體管時刻，而我們使用量子計算機作為構建拓撲量子比特的機械工具，這是邁向容錯量子計算的重要一步，這進一步證明了我們長期以來的信念，即量子系統(tǒng)最好由其他量子系統(tǒng)來探索和創(chuàng)建。 這正是Feynman在其如今著名的談論中所預料到的，這些談論經(jīng)常被引用作為量子計算的基礎。"
他補充道："我們期待著在這一關鍵突破的基礎上再接再厲。 對于整個行業(yè)來說，這是一個激動人心的時刻，我們還有一些我們迫不及待地想與世界分享的里程碑"。
H2的創(chuàng)新
H2的功能最初包括32個完全連接的高保真量子比特和一個全新的架構，該架構推進了System Model H1的線性設計（帶有一個橢圓形類似"跑道"的新型離子阱）。 Quantinuum通過展示32量子比特 GHZ 狀態(tài)（所有32個量子比特全局糾纏的非經(jīng)典態(tài)）來表現(xiàn) H2 的能力，這是有記錄以來最大的。
System Model H2獨特的"跑道"設計實現(xiàn)了量子比特之間的全對全連接，這意味著H2中的每個量子比特都可以直接與系統(tǒng)中的任何其他量子比特成對糾纏。 從短期來看，這樣做可以減少算法中的總體錯誤，而從長期來看，可以為新的、更有效的糾錯碼開辟了額外的機會 – 這兩者對于繼續(xù)加速量子計算的能力都至關重要。 當與受控非阿貝爾任意子的演示相結合時，這一整合性成果突出了拓撲量子信息存儲和處理的重要一步。
此外，新的設計是朝著展示離子阱器件的擴展?jié)摿~出的有力一步。 H2不僅展示了量子電荷耦合器件（QCCD）架構中離子陷阱的擴展能力（展示了在保持性能的同時擴展量子比特數(shù)量的能力），它還包含了新的技術，為后續(xù)幾代的進一步擴展鋪平道路。 H2與第一代系統(tǒng)類似，其設計目的是在產(chǎn)品生命周期內(nèi)適應未來的升級，這意味著量子比特的數(shù)量和量子比特的質量都將得到改善
System Model H2建立在Quantinuum H系列的成熟基礎上，包括許多標志性功能，這些功能一起使其不同于其他類型的量子計算機：全對全連接、量子比特重用、帶條件邏輯的中間電路測量、業(yè)界領先的高保真量子比特操作和長相干時間。 此外，System Model H1為實現(xiàn)反復增加的量子體積（QV）記錄而獲得的令人印象深刻的性能增益預計將在H2中延續(xù)。 H2推出時的量子體積為65536，超過了今年2月宣布的使用H1-1的上一個記錄。
立即使用H2
除了這一主要的重大突破外，H2已經(jīng)在一系列組織和公司的實驗研究中發(fā)揮了積極作用，并取得了顯著的成果：
摩根大通全球技術應用研究公司發(fā)表了一篇關于投資組合優(yōu)化的量子優(yōu)化算法設計的學術論文，并在早期體驗期間成功驗證了H2的數(shù)值結果。
Quantinuum的機器學習團隊展示了一種新的啟發(fā)式優(yōu)化例程，可以用最少的量子資源解決優(yōu)化問題。
這些最新研究可在此處的個別技術論文中查閱。 可以在此處查看一份單獨發(fā)表的論文，它描述了H2特性，基準測試和與其他硬件的比較，以及有關世界紀錄級別的糾纏之細節(jié)。 所有技術論文都將提交給科學同儕評審程序。
H2現(xiàn)在可以通過Quantinuum基于云的訪問獲得，并將從6月開始通過Microsoft Azure Quantum提供。 此外，通過NVIDIA經(jīng)過優(yōu)化的庫和工具的cuQuantum SDK，可以實現(xiàn)H2的噪聲通知模擬器，這有助于加速量子計算模擬工作流程。
Quantinuum 首席執(zhí)行官Rajeeb (Raj) Hazra博士表示："對于任何認為能夠推動人類知識和科學進步邊界的量子計算機仍然遙遠的人來說，今天標志著一個轉折點。 一個世界領先的科學家團隊使用Quantinuum的H2量子計算機實現(xiàn)了以前不可能實現(xiàn)的目標。" 他接著評論道："H2為Quantinuum提供了一個突破性的時刻。 我們第二代量子計算機搭載H2量子處理器和相關軟件，提供了當今行業(yè)最佳性能，同時為顯著加快容錯量子計算道路奠定了基礎。"
