量子計算新霸主:Honeywell

前陣子看到Honeywell 要用Yb171離子井做量子電腦時,我只是既驚訝又欣慰:驚訝的是有製造業、而非矽谷科技業來投入量子計算的競賽(後來發現他是軍工複合體,所以就沒有那麼驚訝),欣慰的是Honeywell 採用的是目前較少企業採用的離子井技術來做量子計算、而非超導體量子位元。說實話,我當時完全不認為他們能夠做到多好,因為除了一篇新聞稿外沒有更多的資訊,沒有論文發表、春天DAMOP海報也沒有過人數字或實驗細節,想說他們實驗應該還在起步,即使能做到匹敵學界一流、也難以和Yb離子祖師爺Christopher Monroe的新創公司IonQ競爭。

美國量子曼哈頓計劃?!

結果我大錯特錯,Honeywell的實驗能力不僅碾壓IonQ(舊日王者退位),更彷彿擁有領先學界超過一個世代的技術:這可能要同時歸功於企業產品導向明確(IonQ還是比較像學界?)、Honeywell 有雄厚的資金支援並且內部有自己的Fab能製程、並且別忘了他們的技術是源自IARRP(美國情報研究署),我自己是突然感受到這技術突破的光明、和政府軍工情報界水很深的震懾(整場演講表現第二好的Sandia Lab是IARRP下屬機構、和honeywell是競合關係)。大家在conference晚餐時話題都集中在honeywell上,當時我有聽到加拿大Postdoc開玩笑說應該把海報燒掉改投honeywell(笑,當然那也是不可能的,因為honeywell只收US citizen(IonQ還願意收外國人).簡單的說,這場演講NACTI2019可能是美國首度把在台面下的研發能力公開在世人面前.

實驗數據令人難以置信

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有圖有真相、震懾之餘立刻拍照

量子計算中邏輯閘(Quantum Gate)的準確度(fidility)是非常重要的指標,Honeywell 在Single Qubit Gate有99.996% 準確度、在Entanglement Gate(MS gate) 有99.88%。我是有在學界看過有人做到類似的Single Qubit Gate,但是那是在特殊條件下的特例不具備Scalability ,用標準CW laser 做到4個9這是我第一次看見;Entanglement gate 超過99%就是令人歎為觀止了,就我印象是前無古人(IonQ去年公布的數字和學界類似,就是98.x%不到99%),最後這1-2%的進步非常重要也非常困難:考慮到量子電腦在NISQ時代沒有辦法糾錯,故運算錯誤只能不斷累積,實驗物理學家必須把錯誤率壓低、讓量子電腦能運行一定數量的邏輯閘後仍舊表現良好.以50個邏輯閘的數字為例

 

0.98^{50}=0.36, 0.99^{50}=0.60, 0.995^{50}=0.78, 0.999^{50}=0.95

這數字已經符合NISQ時代對邏輯閘數目的要求了.外加上其展示了將對離子操作的高超技術:不論是shuttle/split/swap/recombine都能夠快速而且準確地完成(heating rate不高、對fidility也沒有顯著影響).目前整個系統還是運行在beta test surfrace trap 上,就已經有這樣突出的表現,我很期待(也難以想像)如果是正式要商業化的模組在optimized參數後會有多驚人的表現.

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All primitive operations 是非常客氣的說法…

“Atomic Physics is DONE” ~Christopher Monroe at NACTI2019

Replying the question from Isaac Chuang
about the future of trapped ion quantum computer

最後我想用和師祖Chris午餐互動和會議的上面那段對話作結,他說世人(包含企業和政府機構)總是不合理的偏愛固態系統(也就是超導量子位元),彷彿CPU是用矽晶片來製作代表著QPU也必須要用固態系統,這完全是認知誤區的幻覺與偏見(超導量子位元的製程問題非常艱辛、只能讓相鄰的qubit互動也是巨大的限制).離子井系統不需要任何技術或科學革命就能夠邁向商業化量子電腦,當然這其中是非常複雜與艱辛的工程問題,但是我們的系統error是已知、而且已經有邁向sacalibility的藍圖,大家在等著看幾年就知道哪個架構能夠笑到最後了.我完全被他和honeywell說服(信心90%=>99%),美國系統偏愛之Yb171是比歐洲偏好之Ca40更適合做量子計算的離子、同時離子阱也是比超導量子位元更優越的架構:)

 

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