Quantinuum 的全新 H2 量子電腦首次成功製造非阿貝爾拓撲量子物質並編織其任意子

在控制下製造和運用非阿貝爾任意子，會產生拓撲量子位元，這代表著通往通用容錯量子計算的重要一步

美國科羅拉多州布隆菲2023年5月12日 /美通社/ -- Quantinuum 自豪地宣布這項邁向容錯量子計算的重要一步。這項成就全賴 Quantinuum System Model H2 的推出，這是迄今為止效能最優秀的量子電腦。

Quantinuum’s H2 quantum processor, Powered by Honeywell

Quantinuum 的 H2 量子處理器由 Honeywell 提供支援，在正式推出前，經過與多個全球合作夥伴進行的大規模預發行工作，這對在控制下製造和運用非阿貝爾任意子至關重要。對非阿貝爾任意子的精準控制，長久以來都被認為是使用拓撲量子位元進行容錯量子計算的關鍵。

Quantinuum 總裁兼營運總監 Tony Uttley 表示：「透過我們的第二代系統，我們正進入量子計算的新階段。H2 強調出只有透過量子電腦才能實現的有價值結果之機會。H2 處理器的開發亦是邁向通用容錯量子計算的重要一步。」

他補充道：「這次演示完美地證明了我們 H 系列硬件路線圖的實力，並進一步證實我們的主要目的，就是讓我們的客戶可以處理以前超出傳統電腦能力範圍的問題。這對社會影響重大，我們對可以看到這項技術如何真正改變世界感到十分興奮。」

Quantinuum 的科學家與哈佛大學和加州理工學院的研究人員合作，在 H2 上進行首批實驗，其中一項實驗展示了一種新的物質狀態，非阿貝爾拓撲排序的狀序。這是 Quantinuum 在慕尼黑由 Henrik Dreyer 博士帶領的核心團隊，多年來在「隱形模式」下追求的專業領域。

由於 H2 處理器的差異化特點和精確控制能力，拓撲狀態（基本上是包含有限閘門容量的量子位元）的製造方式能夠實時精確地控制其特性，展示了非阿貝爾任意子的製造、編織和消滅（測量）。

實驗結果已在今日於一份詳細的科學論文預印本上發表，其已在 arXiv 上提供，當中會詳述 Quantinuum 的工作。這項工作在凝聚體物理學領域開創了令人興奮的全新研究領域，單靠傳統電腦是不可能研究這些領域的。連同其他 QEC 代碼（可在此處和此處找到），我們已經證明了這項成就，這表明 Quantinuum 硬件展示實現容錯的最佳途徑是遲早的事。

「我們的最終目標是容錯量子計算。我們會持續透過實際進展來展示和證明我們在量子計算領域的世界領導地位，製造和運用非阿貝爾任意子以製造拓撲量子位元亦是另一個例子，證明當卓越的人才擁有出色的工具時，他們一定會發現令人驚奇的事情來做。」Quantinuum 創辦人兼產品總監 Ilyas Khan 表示，「這可能是量子計算行業的電晶體時刻，我們將量子電腦用作建立拓撲量子位元的機械工具，這是邁向容錯量子計算的重要一步，會進一步證明我們長久以來的信念，即利用其他量子系統來探索和製造量子系統是最好的。這正是 Feynman 在他現時著名的言論中所預料的，這些言論常被引用作量子計算的基礎。」

他補充道：「我們期待在這項重要突破的基礎上繼續努力。整個行業未來會充滿令人興奮的時刻，我們還有一些迫不及待想與世界分享的里程碑。」

H2 的創新特點

H2 包括 32 個全連接和高保真的量子位元，以及推進了 System Model H1 的線性設計之全新架構（使用新的離子阱，其橢圓形狀像個「賽車場」）。Quantinuum 透過展示一個 32 量子位元的 GHZ 狀態（一種所有 32 個量子位元全局糾纏的非經典狀態），這是有史以來最大的 GHZ 狀態，展示了 H2 的能力。 

System Model H2 獨特的「賽車場」設計實現了量子位元之間的全對全連結，這代表 H2 中的每個量子位元都可以直接與系統中的任何其他量子位元進行配對纏繞。短期內這樣做可以降低演算法中的整體錯誤，長期可為開發新的更有效錯誤修正代碼開闢額外的機會，這對於繼續加速量子計算的能力至關重要。當結合在控制下的非阿貝爾任意子之演示時，這項整體成就會強調拓撲量子資訊儲存和處理中的重要一步。

此外，新的設計是展示離子阱設備擴展潛力的重大一步。H2 不僅展示了離子阱在量子電荷耦合元件 (QCCD) 架構中的擴展能力：顯示在維持效能的同時擴展量子位元數量的能力，亦包括為後續世代進一步擴展創造條件的新技術。與第一代系統相似，H2 的設計可容納日後在其產品週期內的升級，代表量子位元數量和量子位元質素都將會得到改進。

System Model H2 建立在 Quantinuum 的 H 系列的穩固基礎之上，包括多項標誌性特點，讓它在其他類型的量子電腦中脫穎而出：全對全連結、量子位元重用、以條件邏輯進行中間線路測量、領先業界的高保真量子位元操作，以及長的相干時間。此外， System Model H1 在取得重複增加的量子體積 (QV) 紀錄上令人印象深刻的效能提升，預計在 H2 上亦得以延續。H2 的量子體積為 65,536，超過了在今年 2 月使用 H1-1 宣布的上一個記錄。   

現時的 H2 應用

除了主要的突破之外，H2 已積極參與各種機構和公司的實驗研究，並取得顯著成果：

• JPMorgan Chase 的全球技術應用研究發表了一篇學術論文，內容關於量子優化演算法在投資組合最佳化上的應用，並在 H2 早期存取期間驗證了數值結果。
• Quantinuum 的機器學習團隊展示了新的啟發式最佳化演算法例行程式，可以透過最少的量子資源解決最佳化問題。

這些最近的研究可在此處的個別技術論文中找到。有另一篇獨立發表的論文描述 H2 的特點、基準測試，以及與其他硬件的比較，還有世界紀錄纏繞的詳細資料，這篇論文可在此處找到。所有技術論文都將提交以進行科學同行審議流程。

現可透過從 Quantinuum 基於雲端的存取來使用 H2， 6 月開始可透過 Microsoft Azure Quantum 使用。此外，NVIDIA 的 cuQuantum SDK 最佳化資料庫和工具實現了 H2 的噪聲資訊仿真器，其有助加速量子計算模擬工作流程。

Quantinuum 行政總裁 Rajeeb (Raj) Hazra 博士表示：「對於那些認為能夠推動人類知識和科學進步界限的量子電腦仍很遙遠的人來說，今天標誌著一個轉捩點。世界領先的科學家團隊使用 Quantinuum 的 H2 量子計算機實現了以前不可能的事情。」他繼續評論道：「H2 為 Quantinuum提供了一個突破時刻。我們由 H2 量子處理器和相關軟體驅動的第二代量子電腦提供業界最佳的效能，同時奠定基礎，以顯著加速容錯量子計算的發展。」

Quantinuum 簡介

Quantinuum 是全球最大型的獨立量子計算公司，由 Honeywell Quantum Solutions 世界領先的硬體和 Cambridge Quantum 一流的中介軟體和應用程式組合而成。Quantinuum 以科學為主導並以企業為驅動，加速了量子計算以及跨越化學、網絡安全、金融和優化應用程式的開發。其重點是創造可擴展的商業量子解決方案，以解決世界上能源、物流、氣候變化和醫療保健等領域最緊迫的問題。Quantinuum 在位於美國、歐洲和日本的八個據點僱用超過 480 位員工，當中包括超過 350 位科學家和工程師。如需更多資訊，請瀏覽 http://www.quantinuum.com。

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