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量子计算|量子计算战争：国家实力、技术路线的双重对抗( 三 )


据 IBM 称，由于噪声，量子比特通常会在 100 微秒内失去其特性 。这就是为什么量子比特必须在极冷的环境中运行 。“量子比特对它们的环境非常敏感，”美国晶圆探针公司 FormFactor 的 Leong 说 。“在非常寒冷或低温的环境中使量子比特环境安静是至关重要的 。”
此外，噪声还会导致量子比特出错，正因如此，量子计算机需要纠错 。
最重要的是，业界需要扩展具有数千个量子比特的量子计算机，目前的状态与这个数字相差甚远 。
总而言之，量子计算需要一些突破 。“对于整个领域，我们需要让量子比特比我们今天制造的更好，”Intel的克拉克说 。“对我来说，最大的挑战是如何连接它们 。每个量子比特都需要自己的电线和控制箱 。在 50 或 60 个量子比特状态下，有效控制较容易，但数量达到一百万个时，就不能很好地工作 。”
制造高良率的量子比特也很关键，Onto Innovation 和其他公司正在围绕该技术开发计量控制系统 。
“现在，我们已经对一些晶圆或试样进行了测量，"Onto 高级副总裁 Kevin Heidrich 表示：“量子领域大多数基础技术背后的关键是利用为经典计算开发的制造技术 。然而，许多人正在调整设备、设计和集成，以启用量子/量子位设备 。我们的主要工作是使精确和特征化的设备能够实现各种形式的量子计算，例如光子或自旋量子位 。我们的重点是提供计量解决方案，使我们的开发合作伙伴能够最好地描述其早期设备的特性，包括精确的侧壁控制、材料厚度和接口质量等 。”
超导量子比特进展最大，中国科学技术大学领跑
根据《量子计算报告》（the Quantum Computing Report），如今有 98 个单位在研究量子计算机或量子位，其中，企业正在开发的量子位类型包括离子阱（Ion trap）、中性原子（Neutral Atoms）、光子学( photonics)、硅自旋（Silicon Spin）、超导和拓扑( topological) 。
值得一提的是，以上每种类型都有各自的优点和缺点，现在比较哪种技术更好，还为时过早 。
“我们真的不知道哪种技术将成为构建大规模容错机器计划的正确技术 。一些公司有五年路线图，可以让他们拥有足够的量子位来做一些真正有意义的事情 。” 来自分析机构 Moor Insights & Strategy 的 Smith Goodson 说：“在安装基数上，IBM 拥有大量机器，它有超过 20 台的量子计算机，且没有人能与之匹敌 。它围绕着这些量子计算机建立了一个庞大的生态系统，很多大学与公司都与其进行合作 。”
到目前为止，超导量子位取得的进展最大 。在这一类别中，D-Wave 公司通过使用量子退火（quantum annealing,一种解决优化问题的技术）获得了关注 。例如，如果你遇到一个组合型问题，量子退火系统可以从众多组合中搜寻到最佳的那一个——目前这些能力已经在某种程度上得以证明 。
大部分真正在量子计算机市场上活跃的，是超级计算量子比特 。Google、IBM、Intel、MIT、Rigetti、USTC 和许多其他公司都在这一领域开发产品 。
超导量子位围绕约瑟夫森结（ Josephson junction）构建，约瑟夫森结又被称为超导隧道结，通常是由两个超导体构成，被一个非常薄的非超导电层隔开，在操作中，电子会配对并穿过约瑟夫森结 。
2014 年，IBM 展示了一个 3 比特的设备；到今天，IBM 出售的量子计算机已经达到 65 比特 。最新的量子计算报告显示，在超导领域 IBM 的整体量子比特数仍处于行业领先地位 。
而在非正式排名中，第一位由中国科学技术大学保持，有 66 个量子比特；IBM 紧随其后，拥有 65 个量子位，其次是谷歌，拥有 53 个量子位，Intel（49）和 Rigetti（32） 。
当然，量子比特数并不是构建量子计算机的唯一要素 ，还必须具有相对较长的相干时间（coherence times）和门控保真度（gate fidelities） 。“量子比特和量子处理器是量子硬件的核心部分，”IBM 的 Chow 说 。“要构建量子计算机或量子计算系统，我们不仅需要量子硬件，还需要控制电子设备、经典计算单元和运行量子计算程序的软件 。”
在这方面，IBM 提供了 一种开源量子软件开发工具包 Qiskit 。“我们的目标是让开发者社区广泛参与并建设量子生态系统，将量子计算机作为用户研究和业务的基本工具，”Chow 说 。
业界同样需要具有数千个量子位的系统，虽然厂商们在这方面还有很长的路要走，但这个结果是可期的 。
【量子计算|量子计算战争：国家实力、技术路线的双重对抗】


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