IonQ 表示達到 64 #AQ 將是量子計算的 ChatGPT 時刻
來源: HPCWire
沒有多少純粹的量子計算初創公司敢於上市。到目前為止，金融市場傾向於毫不吝嗇地對待新來者。一個例外是IonQ，它與D-Wave和Rigetti一起上周報告了季度收益。在達到關鍵技術和財務目標的鼓舞下，IonQ的股價上漲了~400%（年初至今），首席執行長彼得·查普曼（Peter Chapman）在泡沫量子計算領域採取了積極的立場，在量子計算領域，錯誤校正 – 而不是量子比特計數 – 越來越成為關鍵挑戰的中心。
這一切都發生在各種不同的量子比特類型爭奪主導地位的時候。IBM、谷歌和 Rigetti 正在押注基於超導的量子比特。 IonQ和Quantinuuum使用俘獲離子。 Atom Computing 和QuEra使用中性原子。 PsiQuantum和Xanadu依賴於基於光子學的量子比特。 Microsoft正在探索基於稀有Marjorana粒子的拓撲量子比特 。還有更多正在開發中。
這並不是說擴大量子比特計數的競賽已經結束。IBM現在有一個433多個量子位的設備（Osprey），並計劃在今年晚些時候推出1100量子位的設備（Condor）。其他幾家量子計算機公司的設備在50-100量子比特範圍內。 IonQ最新的 QPU，Forte，有32個量子比特。他們都面臨的挑戰是，當前的錯誤率仍然如此之高，以至於在當前的 QPU 上可靠地運行大多數應用程式是不切實際的。
IonQ 在錯誤校正方面採取了不同的策略，利用捕獲離子的天然優勢（例如長連結時間），同時努力縮小運行許多應用所需的電路尺寸。在量子經濟發展聯盟（QED-C）工作的基礎上，IonQ一段時間以來一直在推動一個新的基準 – 演算法量子比特（#AQ） – 它說這是QPU能力的更真實的畫面。今年早些時候，IonQ報告說提前達到了29 #AQ。
在上周的財報電話會議上，查普曼說：“6月，我們宣佈將與總部位於瑞士的行業集團昆騰巴塞爾（Quantum Basel）合作，將我們的兩個未來系統帶到歐洲。這些系統將遵循我們的技術路線圖，第一個系統預計將達到 #AQ 35，第二個系統預計將達到64 #AQ。我們計劃使用這些系統為歐洲工業、政府實體和研究機構提供服務，以便在當地訪問 IonQ 強大的 量子系統。這種合作關係的美妙之處在於，作為我們在歐洲的第一個計劃的內部部署硬體專案，我們將在每個系統上保留一些容量，使我們能夠從新的歐洲數據中心為該地區的其他潛在客戶提供服務。
“在 #AQ 64，經典計算機將不再能夠完全類比IonQ系統，因此，我們相信這些系統將使客戶能夠解決即使是最好的超級電腦也無法解決的某些問題。我們目前預計到 2025 年底交付 #AQ 64 。我們相信 IonQ 是當今唯一一家根據發展規畫執行的上市公司，該路線圖可以在這段時間內交付這些技術成果並銷售系統。
在財報電話會議之後，查普曼向HPCwire簡要介紹了 IonQ 的進展，以及為什麼它押注被困離子在短期內贏得量子比特。（你可以看到 IonQ在HPCwire上的最新 財務狀況，以及D-Wave和Rigetti。
事實證明，捕獲離子具有一些有利於錯誤控制的特性。離子本身都是相同的（不用擔心製造不一致），並且它們表現出較長的相連時間。甚至熱要求也不像許多同類產品那麼嚴格。俘獲離子架構有時會因相對緩慢的閘門速度和可擴展性挑戰而受到批評。
快速捕獲離子技術入門說明（對任何亂碼表示歉意）：
從大小合適和價電子結構的原子開始，剝離電子以產生離子，並將離子載入到真空室中。 IonQ 使用鐿（Yb+）離子。磁場用於將離子限制在一條線上。激光用於冷卻離子並限制其抖動。離子充當量子比特。激光也用於將離子激發到所需狀態。正如您可能想像的那樣，完成所有這些需要精密工程和光學，但要避開超導量子比特等所需的大型稀釋冰箱。
最新的 IonQ QPU（Forte）具有32個物理量子位，並使用聲光偏轉器精確地將鐳射束引導到單個離子上。這代替了早期的固定路徑激光尋址機制。IonQ說：「在精密鐳射的説明下，這些捕獲的離子可以在鏈中的任何一對量子比特之間使用高品質的雙量子比特量子門糾纏在一起。這種方法是IonQ量子計算機背後的核心技術。我們相信，通過長程庫侖相互作用（兩個靜止的帶電粒子之間的力）實現的內核內的全對多連接是 IonQ 處理器架構的一個顯著而獨特的優勢 。它能夠高效實現具有任意內部結構的量子演算法。
對於 Chapman 來說，最大的問題是運行應用程式需要多少準確性。他回憶起量子海灘會議上的一位演講者說，該公司對成功的定義是達到15個九的準確率。（是的，99.還有13個9）。
“那將是完美的，而且需要很多年的時間，也許還需要15-20年，如果有的話，” 他說。“我們所做的有點不同。我們認為您只需要足夠的糾錯即可在不同階段運行各種程式，對嗎？你不必達到完美。我只需要達到一個點，對於大多數應用程式，對於給定數量的量子比特，錯誤足以運行該特定應用程式。我不必能夠運行數百萬個量子比特和數百萬個電路。
“這實際上是演算法量子比特的定義;它說，對於大多數應用程式，並不意味著所有應用程式，但對於大多數應用程式，它需要可用量子比特數量的平方，[這是]我們的 #AQ 數。因此，如果您有 30 個演算法量子位（#AQ 30），這意味著您可以運行大約 900 的電路寬度。對於大多數可以使用30個量子位的應用程式，他們需要這種電路。 有些應用需要寬度為 5000 的電路，您無法在我們的處理器上運行該電路。但同樣，有些應用程式可能只有 450 寬度，可以輕鬆運行。
在更精細的層面上，IonQ的Forte QPU有32個物理量子位，#AQ 29被證明。#AQ 基準測試[i]中包含了各種各樣的東西，包括一些常用量子演算法的性能。（連結到IonQ論文（用29個演算法量子比特對捕獲離子量子計算機進行基準測試）。
IonQ說 ：「IonQ Forte的高成就應用基準測試是由高品質的量子比特操作實現的。元件級基準測試表明 ，IonQ Forte 提供的平均 1 量子比特門錯誤率為 0.03%，平均 2 量子比特門錯誤率為 0.35%。對於客戶來說，這意味著能夠以比以前更少的錯誤運行更多的操作。
接下來是25 #AQ，預計在2024年，#AQ 64在2025年。
“我們的競爭對手認為量子還需要10年的時間，基於他們的硬體路線圖，對吧，他們有一個非常龐大的大型基金。谷歌表示，他們要到2028年才會擁有量子商業量子計算機。Microsoft可能還需要 15 或 20 年;他們仍在努力尋找他們的量子比特（Marjorana），所以這是一個有趣的時刻，“查普曼說。“我的猜測是，就像ChatGPT一樣，世界就像棒球棒一樣，就像，’哦，我的上帝量子在這裡，為什麼我錯過了它？
查普曼說 #AQ 64將是量子的 ChatGPT 時刻
“在 #AQ 64，我們認為我們需要有足夠的保真度，不是15個9，而是足夠，以便你可以運行大約3000-4000的電路寬度（~量子比特數），並且能夠運行這些東西沒有錯誤。您將無法運行 10，000 寬的電路，因為我們沒有足夠的糾錯功能。所以，但是有很多應用程式將在這種電路中運行[並且]能夠做超級計算機今天無法做到的事情，“查普曼說。
在財報電話會議上，查普曼指出，一篇關於橡樹嶺國家實驗室工作的新論文（VQE中的分子對稱性：苯捕獲離子類比的雙重方法）是IonQ在使其戰略發揮作用方面取得進展的證據。“苯是一種常用的工業溶劑，其分子結構是評估量子化學演算法的廣泛使用的基準。我們相信我們與橡樹嶺的合作代表了當今在量子計算機上運行的最準確的苯模型，“查普曼說。
這項工作還利用 IonQ 策略來限制電路尺寸。以下是摘要的摘錄，「我們採用了幾種為俘獲離子量子器件量身定製的電路優化方法，以提高複雜化學類比的可行性。這些技術旨在減少單雙耦合簇（uCCSD）ansatz電路編譯的深度，這對當前雜訊量子器件來說是一個相當大的挑戰。
如何擴大捕獲離子系統是一個反覆出現的問題。隨著 #AQ 的上升，需要更多的量子比特。進入查普曼之前提到的10，000寬度電路將具有挑戰性。目前，Forte有一個單一的線性離子鏈，離子本身被處理到位，而不是像Quantinuum架構中那樣移動到不同的區域。
查普曼說：「我們不知道我們能走多遠，也許高達60-70個離子。我們仍在努力。在某些時候，您必須轉到多個鏈。因此，您不僅可以擁有多合一鏈，還可以將它們放在 2、3 甚至 100 條鏈中。將數百或1000個[離子]載入到單個晶元中不是問題。幾年前，我們將180個量子位載入到晶元中。但是因為你的保真度沒有提高，所以它並沒有真正有用。[你被限制]基本上 #AQ – 這是最大可用量子比特。添加更多的量子比特學生並沒有真正的説明。
“為了達到規模，你可以做幾件事。你可以穿梭離子，儘管不是像Quantinuum那樣穿梭單個量子比特，而是將整個鏈或只是將兩條鏈的末端穿梭在一起以連接它們。另一種方法是進行光子互連。所以基本上，在晶元本身上，使用光子互連到其他鏈。
與許多量子電腦架構不同，俘獲離子避免了使用巨型冰箱來冷卻系統和晶元的需要。環境噪音仍然是一個惡棍，但更容易控制。
“原子坐在一個小的真空包裝中，並使用鐳射冷卻到幾乎絕對零度。但是您不必冷卻整個機器。你只是在冷卻坐在這個小真空包裝中的單個原子。寒冷對我們來說有點不同。如果真空是絕對完美的，那麼鏈條本身將永遠持續下去，但真空並不完美，“查普曼說。
“真空包裝的壁上有氣體，所以有一點氫氣，即使真空比太空好10倍。每隔一段時間，一個氫原子可能會漂浮在真空中，撞擊我們的32個原子，它們像檯球一樣散開，計算結束。我們有室溫區域和 4 開爾文溫度的 [局部涼爽區域]。在4K時，氫仍然存在，但它的能量已經消失了，因為你已經殺死了它。氫仍然會出現，偶爾會撞擊32個原子，但由於沒有足夠的能量[破壞鏈]而反彈。
在64 #AQ，查普曼認為將有許多應用領域將機器學習和金融服務作為強有力的早期候選者。華爾街似乎同意並獎勵穩定的技術進步和財務收益。不要誤會。第二季度凈虧損為4370萬美元（調整後息稅折舊攤銷前利潤虧損為1940萬美元），收入為550萬美元，高於之前提供的範圍的高端，與去年同期的260萬美元相比增長了111%。與巴塞爾量子的交易推動了大部分收入。
公開市場對少數通過SPAC機制上市的純量子公司普遍持強硬態度。D-Wave和Rigetti都面臨著退市的威脅。 IonQ的表現更好。
當被問及為什麼IonQ這麼早就上市時，查普曼說：“IonQ無疑是資金最好的公司之一。我們的銀行帳戶裡有5億美元，這可以保護我們免受風險投資市場（如）低迷的影響。我可以告訴你我們為什麼上市。如果你還記得的話，我們在 COVID 開始時剛剛籌集了資金，人們正在談論經濟衰退，甚至蕭條，40% 的失業率。我們籌集了大約6000萬美元。這將給我們兩三年的跑道。
“現在，突然之間，我們可能會因為 COVID 而陷入蕭條，也許我們無法籌集 [更多資金]，因為風險投資公司在蕭條期間關閉。這個上市的機會出現了，這將給我們足夠的錢來忽視 COVID。事實證明，新冠疫情並沒有產生蕭條。事實證明這是另一回事，是通貨膨脹、戰爭、烏克蘭和其他因素，所以今天人們無法籌集資金。風投正在經歷大規模的下行趨勢。
目前， IonQ 做得很漂亮。 它對捕獲離子量子比特技術的押注看起來很有前途，但與所有其他量子比特模式一樣，尚未準備好迎接黃金時間。該公司更適度的錯誤校正、明智地減小電路尺寸以及利用俘獲離子技術的固有優勢的戰略是否會得到回報還有待觀察。量子比特和量子電腦架構有許多不同的方法，很難選出明確的贏家。
查普曼是一個現實主義者
“這有點爭議，但我認為還有其他量子比特模式，從長遠來看可能會更好。只是在未來5到10年內，它們不會成為我們今天的位置。 所以 我很高興能擁有自己的市場，當然，你知道，幾年。但是，如果你在15年或20年後對我說，你認為我認為你可能會使用什麼量子比特模式？我不知道，中性原子在那個時間框架或其他時間範圍內可能是一個有趣的平臺，“查普曼說。
敬請關注。
[一] 摘自 IonQ 論文，用 29 個演算法量子比特對捕獲離子量子計算機進行基準測試，https://arxiv.org/pdf/2308.05071.pdf
“#AQ 是一個體積基準[25]，其中六類演演算法，對應於六個實際應用（哈密頓類比，相位估計，量子傅里葉變換，幅度估計，變分量子特徵求解器（VQE）類比和蒙特卡羅採樣），在量子計算機上運行。每類演算法為每個應用程式的每個寬度（量子比特數）實現許多不同的電路。例如，每個不同寬度上的量子傅里葉變換有三個不同的電路，需要成功運行才能為每個不同寬度申請通過。這些電路在QED-C存儲庫[26]中以標準形式提供，這種形式用於定義 每個電路c的寬度wc和雙量子比特門直流的數量。
※版權所有，歡迎媒體聯絡我們轉載；登錄本網按讚、留言、分享，皆可獲得 OCTOVERSE 點數（8-Coin），累積後可兌換獎品，相關辦法以官網公布為準※
