走进离子阱量子计算机

2020年，离子阱量子计算机的研发驶上快车道，并一路高歌猛进，技术不断突破、产品不断迭代、量子体积（QV）的世界记录不断被打破……

2021年，离子阱量子计算机的研发依然保持了强劲的发展势头。

IonQ的首席执行官Peter Chapman对其离子阱量子计算机充满信心，并在近日公开表示：IonQ将在2021年演示模块化量子计算机。早前，IonQ推出了32个量子比特的离子阱量子计算机，其量子体积（QV）可达400万。

（IonQ）

Peter Chapman认为，欲实现规模化量子计算机，需实现模块化和网络化。他表示，目前有两种有效的方法来制造更快、更强大的计算机：一是提高单个组件的性能，例如处理器的速度；二是模块化，增加组件数量，例如增加多个处理器，IBM的Summit超级计算机使用的是第二种方法。同样的两种方法也适用于量子计算机。IonQ、IBM、Google和其他公司正在开发更大更好的量子处理器(QPU)，相当于传统计算中的CPU。

但也有可能通过简单地建造更多的量子计算机并将其“联网”来实现规模化，就像我们今天在云上看到的那样。随着计算需求的增加，服务器的数量会不断增加来满足需求。如果你有一个100量子比特的QPU，而你的应用程序需要2000量子比特，这时候，你可以简单地将20个这样的QPU“联网”在一起，创建一个集群，作为一个更强大的量子计算机。

在经典计算中，模块化通常会导致某种性能损失，或者金钱和时间方面的额外开销。但量子计算不存在这个问题。为了让多个量子计算机协同工作，就必须在QPU上纠缠量子比特。纠缠允许两个量子比特保持连接，这样在一个量子比特上执行的操作就会影响另一个量子比特，即使它们相隔很远。在量子比特纠缠之后，就不再关心量子比特的位置、距离或来源，这意味着在初始部署成本之后运行它们没有任何开销。

(IonQ量子计算机未来五年发展路线规划图)

去年11月份，IonQ发布了量子计算机未来五年发展路线规划图，公司计划在2023年之前，部署机架式模块化量子计算机，并在2025年实现“广泛的量子优势”。

在国内，启科量子早已启动“天算1号”离子阱量子计算项目，“天算1号”同样也是模块化量子计算机，该项目预计在2-3年内完成，技术指标可达到100个可操控量子比特以上，量子体积将达到亿级。公司2022年将启动离子-光子纠缠的分布式量子计算机研发，预计2023年实现分布式百比特量子计算机，2025年实现分布式千比特量子计算机。

（天算1号）

在研发方面，清华大学交叉信息院金奇奂研究组，首次在离子阱系统中实现了超过一个小时的单量子比特相干时间，刷新了此前的纪录。

2021年，离子阱领域还有另一个重大消息——IonQ的首席科学家和联合创始人Chris Monroe加入杜克大学，并领导该校的量子中心。2020年11月，杜克大学宣布将扩建量子计算中心，新的杜克量子中心（DQC）将托管杜克的可扩展量子计算实验室（SQLab），该实验室是纠错通用可重构离子阱量子原型（EURIQA）的所在地。该中心预计将于2021年3月进入运行状态，成为由美国能源部1.15亿美元资助的五个新的量子研究中心之一。

杜克量子中心致力于制造离子阱量子计算机，目前其系统拥有20个量子比特，随着新中心的建设，团队将追求50个量子比特的系统，以及更小的外观。Monroe表示，杜克量子中心希望加快量子计算技术从实验室向市场的转移，并提高其可访问性，最终目标是“将量子计算机直接交到用户手中”。

量子计算中心的主要价值在于它们能够解决复杂的优化问题，测试许多可能的解决方案，并最终收敛到一个答案。从这些应用中获益最大的领域包括人工智能、网络安全、化学、环境和金融系统。

2021年，期待离子阱量子计算机会给行业带来更多惊喜！