近日,启科量子发布我国首台模块化离子阱量子计算工程机“天算1号”。由国内量子信息、原子物理、光电子学等领域知名专家组成的评审组,对该工程机进行了严格评审,一致认为其综合工程化水平已经进入国际先进行列。这标志着我国量子计算初创公司在原子型量子计算机的研发过程中,迈出了从关键技术突破、实验室研发、原理样机研制,进展到产品工程化的关键一步。

天算1号实现了离子阱量子计算机的硬件工程化和操作界面智能化。通过模块-系统-整机设计的方案来实现模组组成的四大系统(工作环境系统、离子阱系统、光学系统、测控系统),再由四大系统组装成整机;集成的智能界面降低了量子计算机的操作复杂性,从而拓宽了量子计算机的使用者范围。

图一:天算1号工程机外观图

美国科学家在20世纪90年代就在离子阱量子计算领域积累了丰富经验,并于2012年获得了诺贝尔物理学奖。近年来离子阱量子技术的初创公司,如IonQ、Quantinuum、AQT、Oxford Ionics等,在离子阱量子计算的实用化和商业应用方面取得了显著的进展。而由于起步较晚和技术门槛高等诸多因素,中国的离子阱技术在国际上长期处于“跟跑”地位。目前科研力量主要集中在各大高校和科研院所,虽然也取得了一定成果,但工程化和产业化发展缓慢,技术迭代速度与国际同行仍有差距。

启科量子成立于2019年,是中国和亚洲首家致力于离子阱量子计算研发和应用的公司。启科量子的发展标志着国内离子阱量子计算正式从科研走向商业化运营。自成立以来,启科量子以分布式离子阱量子计算技术路线为引领,在离子阱量子计算硬件工程化开发、量子算法开发及量子云生态体系建设等方面稳步推进,取得了多项重大进展。此次发布的天算1号首次在国内实现了模块化设计和集成化操控的离子阱量子计算工程机。

天算1号采用超低温真空技术打造离子阱工作环境系统,提高了长链离子的囚禁时间和相干时间,保障了离子囚禁稳定性和可操作性。光学系统采用模块化设计,将独立功能模块进行集成,模块之间通过光纤跳线连接,在单独模块替换时不影响整体运行,便于后期将独立模块小型化和工程化。一体化设计不仅减少空气流动造成的干扰,还极大提升了对外界电磁场的屏蔽性,所有这些措施整体提升了量子计算机抵抗外部噪音的鲁棒性,也进一步提高量子计算保真度。该工程机采用集成化测控,所有仪器设备的操控可以通过统一测控系统完成,智能便捷,也为未来接入经典-量子混合云算力奠定了基础。这些工程实践标志着国内的离子阱技术正开始与国际发展“并跑”。

启科量子计算研发副总裁韩琢向记者透露,近年来,启科量子通过自主研发,连续发布了一系列离子阱的工程化产品,包括测控系统<Aba|Qu|Soil>、低温离子阱模块<Aba|Qu|Cryoct>、离子阱低温真空系统<Aba|Qu|Cryovac>等,为整机的工程化打下良好基础。启科量子在离子阱领域的快速崛起,得益于与中山大学罗乐教授研究团队的深度合作。罗乐教授作为国际知名离子阱专家,曾在美国离子阱量子计算机研发的核心机构和项目工作。近年来在量子计算与神经网络技术结合,非厄米量子计算、分布式量子计算等领域取得了国际瞩目的进展。特别值得一提的是,罗乐教授与中山大学邱道文教授研究团队最近提出分布式Shor算法。由于目前量子设备的量子比特数较少,噪声受电路深度影响很大,因此分布式Shor算法的提出将大大缩短了Shor算法投入应用的进程。这也让启科量子将要发布的分布式离子阱量子计算机提供了重要的科学基础。

展望未来,启科量子将在工程机天算1号的基础上,进一步着力发展以“离子-光子”纠缠为基础的分布式技术,实现多台量子计算机组网,发挥优势实现数千量子比特的分布式运算,并在可见的未来实现分布式量子计算网络,使得利用百万级别的量子比特来实现通用量子计算成为可能。

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