2021年2 月三星與Imperial CollegeLondon 展開新一輪合作項(xiàng)目，欲藉由霍尼韋爾（Honeywell）打造的量子計(jì)算機(jī)System Model H1 解決開發(fā)電池遇到的計(jì)算難題，以改善電池設(shè)計(jì)。

量子計(jì)算機(jī)與云端運(yùn)算結(jié)合將成為主流商業(yè)模式

由于量子計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)特定運(yùn)算，在巨量數(shù)據(jù)分析、選擇最佳解方面極具效益，但是面對(duì)一般企業(yè)IT 運(yùn)算需求或個(gè)人運(yùn)算需求時(shí)，量子計(jì)算機(jī)并不比傳統(tǒng)電腦有優(yōu)勢(shì)。再者，目前制造量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)門檻甚高，供應(yīng)商有限，售價(jià)也相當(dāng)昂貴，預(yù)期數(shù)年內(nèi)仍難以大舉入市，因此預(yù)期量子計(jì)算機(jī)的主流商業(yè)模式是將量子計(jì)算機(jī)與云端運(yùn)算結(jié)合，對(duì)外提供運(yùn)算服務(wù)。

如當(dāng)企業(yè)端有即時(shí)巨量數(shù)據(jù)分析需求時(shí)，可提交給云端運(yùn)算服務(wù)商進(jìn)行量子運(yùn)算，服務(wù)商再將分析結(jié)果與最佳解交付企業(yè)端；或者是當(dāng)企業(yè)端提交給服務(wù)商的運(yùn)算需求，由傳統(tǒng)電腦處理可能不盡理想，服務(wù)商也可提供額外的量子運(yùn)算服務(wù)。上述三星與Imperial College London 合作項(xiàng)目，即是利用霍尼韋爾 的量子計(jì)算機(jī)與云端服務(wù)來探索電池設(shè)計(jì)解決方案。

初步實(shí)驗(yàn)

三星與倫敦帝國理工學(xué)院物理系理論量子信息科學(xué)系主任金明希（Myungshik Kim）教授以及他的團(tuán)隊(duì)約翰內(nèi)斯諾爾（Johannes Knolle），喬沃弗羅什（Joe Vovrosh），克里斯塞爾（Chris Self），基蘭科斯拉（Kiran Khosla）和阿利斯泰爾史密斯（Alistair Smith）一起研究了早期量子算法。該研究小組創(chuàng)建了一個(gè)相互作用的自旋模型動(dòng)力學(xué)的模擬，該模型是用于檢查磁性的數(shù)學(xué)模型。

他們?cè)诨裟犴f爾的系統(tǒng)模型H1上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)， H1是霍尼韋爾最新一代的離子阱量子計(jì)算系統(tǒng)

霍尼韋爾量子計(jì)算機(jī)

霍尼韋爾的H1擁有10個(gè)完全連接的量子比特，可以達(dá)到128的量子體積，采用了量子電荷耦合件（QCCD）架構(gòu)，可在其整個(gè)生命周期內(nèi)進(jìn)行快速升級(jí)。H1除了保持單量子比特門保真度≥99.97％和兩個(gè)量子比特門保真度≥99.5％，還增加了可用的量子比特?cái)?shù)，用戶預(yù)計(jì)測(cè)量串器M擾誤差為0.2%（目前商用系統(tǒng)上測(cè)得的最低值），具有“中間電路測(cè)量”和“量子比特重復(fù)使用”的特性。

突破新極限

復(fù)雜的模擬要求H1運(yùn)行“深層電路”，并使用多達(dá)100個(gè)雙量子比特門來支持計(jì)算。

典型的量子算法由幾個(gè)單量子比特門和雙量子比特門組成。雙量子比特門，即兩個(gè)獨(dú)立的量子比特之間的量子操作，提供了量子比特之間的糾纏，這使得量子計(jì)算比傳統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)更強(qiáng)大，但這些量子操作也更難使用，而且成本更高。量子電路的復(fù)雜性通常可以根據(jù)雙量子比特門的數(shù)目來估計(jì)。

Kim 教授表示，霍尼韋爾的量子計(jì)算機(jī)表現(xiàn)良好，收集的數(shù)據(jù)符合他們對(duì)該模型的預(yù)期考慮到算法所需的電路深度，數(shù)據(jù)令人鼓舞

解決問題的未來

霍尼韋爾量子解決方案總裁Tony Uttley表示，該項(xiàng)目不僅使三星和倫敦帝國理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)受益，而且證明了霍尼韋爾System Model H1量子計(jì)算機(jī)可以高精度處理復(fù)雜算法，從而使研究人員相信他們的結(jié)果是正確的，對(duì)于我們要利用量子計(jì)算的能力來解決現(xiàn)實(shí)世界中的問題非常重要。

當(dāng)今的量子計(jì)算機(jī)仍處于商業(yè)硬件的早期，這些系統(tǒng)經(jīng)常受到物理錯(cuò)誤的困擾，這些物理錯(cuò)誤降低了計(jì)算的效率?；裟犴f爾的H1利用離子阱量子比特來提供極高保真度的操作以及長(zhǎng)時(shí)間保持量子信息的能力。

路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。盡管量子計(jì)算領(lǐng)域仍在發(fā)展，但企業(yè)開始探索這一領(lǐng)域并在其行業(yè)中規(guī)劃價(jià)值之路，具有戰(zhàn)略意義。

量子計(jì)算機(jī)的制造技術(shù)各異

目前主流量子處理器制造技術(shù)有離子井技術(shù)、超導(dǎo)體技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、光量子技術(shù)、拓樸絕緣體技術(shù)等5 種。

離子井技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于量子位元的穩(wěn)定度高，但不利于制造多個(gè)量子位元，且運(yùn)行速度較慢，霍尼韋爾即為此技術(shù)先驅(qū)，2020 年11 月推出SystemModel H1 量子計(jì)算機(jī)已搭載10 量子位元處理器。超導(dǎo)體技術(shù)在制造多個(gè)量子位元方面具優(yōu)勢(shì)，但為了維持量子位元穩(wěn)定，必須使量子芯片處于絕對(duì)零度環(huán)境，Google、IBM 即采此技術(shù)。

半導(dǎo)體技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于業(yè)界對(duì)制程技術(shù)的掌握度較高，惟不利于制造多個(gè)量子位元，且同樣須使量子芯片處在絕對(duì)零度下，英特爾正嘗試此技術(shù)。光量子技術(shù)不采用量子芯片，而是由激光、光子探測(cè)器與鏡片所構(gòu)成，中國科大即采用該技術(shù)；至于拓樸絕緣體技術(shù)制造的量子位元較不受外部環(huán)境變化影響，有助減少糾錯(cuò)程序，惟仍處于開發(fā)階段，主要投入廠商為微軟。
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