捕获离子量子计算机为何物？

捕获离子量子计算机（Trapped Icon Quantum Computer）是实现大规模量子计算机的一种方法，使用电磁场可以将离子或带电的原子粒子限制和悬浮在自由空间。量子位被储存在每个离子的稳定电子状态中。通过共享陷阱中的离子的集体量子化运动，量子信息得以传递(通过库仑力相互作用)。

目前在捕获离子系统中具有最高精确度的实验，可以成功证明量子计算机的基本操作。将该系统扩展到任意数量的量子位元的方案，使得捕获离子量子计算机系统成为可扩展的、通用的量子计算机最有前途的架构之一。截至2018年4月，被控制纠缠的粒子最多的是20个被捕获的离子。

算力难以度量，物理量子位并不代表一切

量子计算利用量子位元(不像位元只能处于0或1的状态，量子位元还可以处于这两者的叠加状态)，来执行对经典计算机来说更加困难或根本不可行的计算。

量子计算机的计算能力可能受到诸如量子位元寿命、相干时间、门保真度、量子位元数目等因素的限制。因为以上各种因素的存在，又因为业界对量子位晶体管应该是什么样子还没有达成共识，所以很难用单一的度量标准来比较量子计算机。

IonQ的首席执行官Peter Chapman（查普曼）说:“总的来说，我们的计划是在接下来的几年里，每12-18个月增加一倍的物理量子位数。”

“然而，物理量子位元并不能说明一切。”

IonQ使用了一个新的度量方式——算法量子位，它取以2为底数的IBM量子体积的对数。

然而这也不能有效地测量量子计算机。随着量子计算机的改进，量子体积的数量增长过于快速，很快就会变得不可用。比如，其32量子位量子计算机的量子体积就可以达到400万。

IonQ将算法量子位定义为“能为一个典型的量子程序部署的最有效、最完美的量子位”，并表示它是衡量执行给定输入大小的真实量子算法能力的指标。该公司引入了一个算法量子位计算器来帮助使用者比较量子计算系统。不出所料，IonQ的量子计算机在使用这一指标时名列前茅。

“当然，每个公司的总裁都说他们的公司是最好的，”查普曼说。

IonQ希望在比较量子计算机的时候，算法量子位元可以取代物理量子位元。很快，我们就会知道像IBM、霍尼韦尔、Xanadu和Psiquantum这样的竞争对手是否会选择与之合作。

IonQ正在使用新的算法量子位来规划它的发展路线。该公司将专注于提高其量子逻辑门操作的质量，以继续增加算法量子位元或可用量子位元。然后，它将致力于实现低开销的量子错误校正，并缩小物理量子位的数量，以进一步增强其度量值。

IonQ最近发布的32量子位系统具有99.9%的保真度，22个算法量子位。上面的图表显示，它的第二台下一代量子计算机将拥有29个算法量子位元。

查普曼表示:“在2023年，我们期望有足够的量子位元来启动机器学习的早期量子优势。”“去年我们看到了32量子位系统的早期进展，使得这些有噪声的系统能够利用机器学习的优势。所以我认为这将是我们能看到的最容易实现的目标。”

IonQ公司预计，2025年推出的第三台下一代量子计算机将采用16:1纠错编码，包含64个算法量子位元。在接下来的三年里，量子比特的算法度量将进一步发展，而IonQ将依赖于32:1的纠错编码。

查普曼说:“大多数人都认为大约72个量子位是广义量子优势的起点。”这就是量子计算机开始成为超级计算机的地方。我们可能会在2024-2025年的时间框架内考虑到这个问题。我们计划到2023年拥有一台机架式量子计算机，可能在室温下高功率运行，所有计算机都会在量子网络上。”

IonQ使用“广义量子优势”这个术语，来作为与谷歌去年和中国科学家上周取得的量子霸权里程碑不同的衡量标准。查普曼说:“这些都是伟大的科学实验，也是学术上的里程碑。”

参考链接：

https://venturebeat.com/2020/12/09/ionq-roadmap-quantum-machine-learning-2023-broad-quantum-advantage-2025/