周报丨IonQ实现400万量子体积，具体参数曝光

光子盒研究院出品

本周头条

IonQ发布32量子比特离子阱计算机，预期超过400万量子体积

IonQ宣布制造出了世界上最强大的量子计算机，这是用一个通用的行业标准来衡量的。在一台拥有32个量子比特的机器上，预期实现超过400万的量子体积。这一数字远高于霍尼韦尔一天前公布的128个量子体积。该机型目前已上线，是IonQ在AWS上推出的首款产品。

虽然目前还没有详细的技术参数，但Chris Monroe组最近在arXiv上发布的一篇关于量子纠错的文章，其中描述了在一个几乎完全相同的系统上进行的容错实验。

文中提到了量子比特的T2退相干时间为2.75秒，单量子比特门保真度为99.98%，双量子比特门保真度为98.5%-99.3%。相比之前11量子比特的系统有所提升。（这些设计中的T1退相干时间很长，因此可以忽略，因为它们对计算没有不利影响。）

论文：https://arxiv.org/pdf/2009.11482.pdf

IonQ还没有进行实验测试，但他们相信，更多的量子比特和更好的量子比特的连接将使他们能够实现超过400万的量子体积。根据量子体积的计算公式，对应的量子比特数量有22个。

IonQ正与IBM、谷歌、霍尼韦尔、英特尔和微软等科技巨头展开竞争。这家总部位于马里兰大学的初创企业，与其他公司一样，正在竞相让企业在化学、金融建模、医学和人工智能等领域拥有计算优势。

IonQ计划尽快为其现有客户和合作伙伴提供32量子比特的测试版，然后再与现有的云合作伙伴Amazon Braket和微软Azure Quantum一起提供服务。他们计划每年将量子比特的数量至少翻一番，并且已经在开发下两代机器。

详情：

https://quantumcomputingreport.com/ionq-announces-a-32-qubit-ion-trap-computer-with-low-qubit-gate-errors/

Chris Monroe组在量子纠错方面取得重大进展

IonQ创始人Chris Monroe领导的马里兰大学联合量子研究所表示，他们向容错量子设备又迈进了一步，而容错量子设备是制造实用量子计算机的关键因素。

这项研究发表在Arxiv上，研究人员说，他们通过实验演示了容错准备、旋转和综合错误的提取和测量，这些都是用9个量子比特的Bacon-Shor编码的逻辑量子比特来进行的。结果表明，一个编码的逻辑量子比特，其逻辑保真度超过了用来创造它的纠缠操作的保真度。

他们将BaconShor-13编码的9个数据量子比特和4个附属量子比特嵌入到一个由15个离子组成的单链中。通过打破离子链来进行中间电路检测，可以实现多轮纠错。

详情：

https://arxiv.org/pdf/2009.11482.pdf

D-Wave发布第一台可规模化商用的量子计算机

量子计算系统、软件和服务的领导者D-Wave公司宣布了其下一代量子计算平台的规模化应用，新的硬件、软件和工具能够加速交付正在研发中的量子计算应用程序。该平台目前可以在Leap™量子云服务中使用，其中包括了Advantage™量子系统。该系统具有超过5000个量子比特和15路量子比特的连接性，此外还有一个可运行多达100万个变量问题的扩展混合求解器。Leap混合求解服务的优秀计算能力与解决现实世界的规模问题相结合，让企业第一次能够成功运行高性能、实时的混合量子应用程序。

详情：

https://www.dwavesys.com/press-releases/d-wave-announces-general-availability-first-quantum-computer-built-business

霍尼韦尔在他们的离子阱量子计算机上实现了128个量子体积

霍尼韦尔量子团队在一份声明中称，他们的量子计算机在9月底实现了128量子体积。

上图显示了霍尼韦尔量子解决方案的量子体积测试的突破性成果以及每个测试通过的日期。所有的测试都高于2/3阈值。

系统成功地通过了量子体积128测试，输出了71.78%的重大结果，在2/3阈值以上，置信度为99.934%。在完全连接量子比特的情况下，平均单量子比特保真度为99.97%，双量子比特门保真度为99.54%。

详情：

https://www.honeywell.com/en-us/newsroom/news/2020/09/achieving-quantum-volume-128-on-the-honeywell-quantum-computer

商业动态

QED-C发布的量子计算市场预测到2024年将达到8.3亿美元

量子经济发展联盟(QED-C)委托Hyperion研究公司对来自学术界、商业和政府部门的135名美国量子计算研究人员、开发者和供应商进行市场调查。另外的数据是从另一项对全球115个当前和潜在量子计算用户的调查中收集的。研究结果表明，预计量子计算的收入水平将在2020年达到3.2亿美元，到2024年将以每年27%的复合速度增长至8.3亿美元。

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https://quantumcomputingreport.com/qed-c-releases-qc-market-projection-of-830-million-by-2024/

微软引入量子中间表示（QIR）作为编程语言之间的通用接口

微软推出了量子程序的中间表示，称为量子中间表示（QIR），作为基于门的量子计算编程语言和目标量子计算平台之间的通用接口。QIR于9月23日推出，基于LLVM中间语言，它指定了在LLVM中表示量子结构的规则。不需要对LLVM进行扩展或修改。

微软已经在GitHub上新的Q#语言库中发布了QIR规范草案。该公司还推出了一个编译器扩展，可以从Q#生成QIR；它可以在Q编译器库的feature/QIR分支中找到。扩展的使用说明也已经发布。

微软表示，随着量子计算能力的成熟，大多数大规模量子应用将利用经典和量子资源协同工作的优势。LLVM提供了QIR能力来描述与量子计算相结合的丰富的经典计算。LLVM还支持与LLVM工具链已经支持的许多经典语言和工具的集成。

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https://www.infoworld.com/article/3583993/microsoft-taps-llvm-for-quantum-computing.html

Rahko在霍尼韦尔最新的QPU“H0型系统”上达到了突破性的精度

量子机器学习公司Rahko表示，他们在量子处理单元（QPU）实现的最新工作中取得了非常精确的结果。

“量子硬件和量子软件之间的相互作用对于实现量子计算的全部潜力至关重要。霍尼韦尔最新的QPU提供了一组最佳特性，介于高门保真度和完全连接之间，使我们能够在更大的问题上挑战我们的量子算法，”Rahko的科学家Tilly说。

利用Rahko的判别变分量子本征解算器（DVQE），该公司在霍尼韦尔最新的QPU系统模型H0上达到了突破性的精度，朝着实用的量子计算迈出了关键的一步。

详情：

https://rahko.ai/rahko-reaches-groundbreaking-accuracy-on-honeywells-latest-qpu-system-model-h0/

前谷歌首席量子科学家John Martinis加入澳大利亚初创公司

谷歌的前顶级量子科学家John Martinis帮助这家科技巨头在量子领域取得了领先地位，他加入了澳大利亚初创公司硅量子计算(SQC)，为该公司开发这项技术提供了重要的验证。硅量子计算(SQC)是由2018年澳大利亚年度人物Michelle Simmons教授创立的初创公司。

他加入SQC的决定是对该公司在原子尺度上用硅制造量子计算机方法的重要验证。“我选择来SQC是因为在原子水平上制造的独特方法的承诺，世界上没有人能做到这些人所能做到的。”

SQC于2017年启动，由联邦政府、新南威尔士州大学、联邦银行、澳洲电信和新南威尔士州政府提供8300万美元的股权融资，知识产权由量子计算和通信技术卓越中心提供，Simmons教授是该中心的董事。Simmons教授说，Martinis教授将帮助公司生产商用量子计算机。

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https://www.innovationaus.com/ex-google-quantum-chief-joins-simmons-silicon-startup/

英国的Cold Quanta公司出资350万美元，用于将新的量子技术商业化

量子原子公司Cold Quanta被选中，为英国正在进行的三个独立项目提供冷原子量子技术:领导将在飞行中演示的量子陀螺仪的开发;开发能使量子传感器持续运行的技术;并与合作伙伴在一个更新的系统上合作，以改进激光与量子原子系统的集成。总价值约280万英镑(350万美元)的这些项目被授予了Cold Quanta UK，该公司是Cold Quanta公司2014年成立的子公司，为快速增长的英国量子技术部门提供冷原子组件、系统和专业技术。

英国Cold Quanta公司的首席科学家Tim Ballance博士说:“这些合同证明了Cold Quanta公司的冷原子技术可以成为一系列新的量子应用的基础。”“我们的团队很高兴被选中参与这些项目，所有这些都将推动我们冷原子量子技术的商业化。”

这些项目的部分资金来自英国政府，自2014年启动以来，英国政府通过国家量子技术项目的投资总额将超过10亿英镑。这笔资金将被用于加速量子技术向市场的转化，并确保英国在量子科学和技术领域的世界领先地位。

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https://coldquanta.com/news/coldquanta-uk-awarded-3-5m-to-commercialize-new-quantum-technologies/

法国液化空气集团收购稀释冰箱制造商CryoConcept 80%的股份

CryoConcept是一家成立于2000年的法国公司，是从CEA实验室剥离出来的，专注于量子计算市场。法国液化空气集团是一家大型跨国公司，年收入219.2亿欧元，拥有66,000名员工，为包括医疗、化学和电子制造商在内的各个行业提供工业气体和服务。

随着大型经典计算公司寻求通过收购较小的量子初创公司进入量子计算市场，预计未来几年还会发生其他交易。

详情：

https://en.media.airliquide.com/news/air-liquide-strengthens-its-expertise-in-extreme-cryogenics-with-the-acquisition-of-a-majority-stake-in-cryoconcept-783f-56033.html

国家战略

爱沙尼亚加入欧盟量子通信合作框架

爱沙尼亚对外贸易部长与IT部长Raul Siem签署了《欧盟关于量子通信基础设施合作框架的宣言》，同意与欧盟其他成员国探讨如何开发和部署高度安全的数据交换基础设施。

该宣言的目的是，在未来12个月内与其他欧盟成员国探讨如何在未来10年内在整个欧盟开发和部署量子通信基础设施(QCI)。这种基础设施将使信息和数据的传输和存储极其安全，并将整个欧盟的通信资产连接起来。

该框架将量子技术和系统集成到常规通信基础设施中，由两个部分组成:一个是利用现有光纤通信网络连接国家和跨境战略站点的地球组件，另一个是覆盖欧盟和其他大陆的长距离的天基组件。

“爱沙尼亚的网络公司和学术机构也对此表示了兴趣，这可能为未来提供资金和合作机会，”Siem补充说。

详情：

https://news.err.ee/1140460/estonia-joins-eu-cooperation-framework-on-quantum-communication

面向高中生的Quantum Quest（2020）课程开放注册

Quantum Quest是一个面向高中生的网络课程，由QuSoft、阿姆斯特丹大学和量子软件联盟组织。从2020年10月30日开始，为期四周，学习量子计算的基础知识。课程结束，学生将了解什么是量子比特和量子算法，以及它们有什么好处。报名截止日为10月12日。

详情：

https://www.quantum-quest.nl/

IDQ和SK宽带被选定为韩国的公共、医疗和工业部门建设一个试点QKD基础设施

ID Quantique和SK宽带宣布，他们已被选中建立一个试点QKD基础设施，作为韩国雄心勃勃的新协议计划的一部分，该计划于9月3日公布，该计划包括10个主要在数字和绿色领域的项目。

作为“数字新政”(digital new deal)计划的一部分，该计划涵盖人工智能、5G移动连接以及量子技术，旨在为后新冠时代创造未来的增长引擎，长期数据安全被确定为一个关键主题。

在韩国建立试验性量子密钥分发(QKD)基础设施是提高公共、医疗和工业部门16个用例安全性的优先事项。韩国政府的这一举措对于确保关键基础设施的长期安全非常重要，这些基础设施正受到量子计算的威胁。

韩国科学、信息和通信技术部选择了三家运营商:SK宽带(与IDQ合作)、SK电信和LG U+启动QKD基础设施的部署。SK宽带将使用IDQ的领先QKD产品连接17个站点，并确保5种情况下的超安全通信:用于公共部门的光州城市网络、用于医疗保健部门的永世医疗中心网络和用于工业部门的韩华系统、Wooribank和CJ Olive网络。

详情：

https://www.einnews.com/pr_news/527268204/idq-and-sk-broadband-selected-to-build-a-pilot-qkd-infrastructure-in-public-medical-and-industrial-sectors-in-korea

科技前沿

玻尔研究所实现了远距离大型物体之间的量子纠缠

哥本哈根大学玻尔研究所的一组研究人员成功地缠绕了两个截然不同的量子物体，这一结果在超精密传感和量子通信方面有几个潜在的应用。

研究人员成功地在机械振荡器(一种振动的介电膜)和原子云之间制造了纠缠，每一个原子都扮演着一个小磁铁的角色，物理学家称之为“自旋”。通过将这些非常不同的实体与光子连接起来，它们就有可能纠缠在一起。原子在处理量子信息方面很有用，而膜(通常是机械量子系统)在存储量子信息方面很有用。

领导这项研究的Eugene Polzik教授说:“有了这项新技术，我们正朝着突破缠绕可能性边界的方向前进。物体越大，距离越远，就越分散，从基础和应用的角度来看，纠缠就越有趣。有了这个新结果，不同物体之间的纠缠就成为可能了。”

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https://phys.org/news/2020-09-quantum-entanglement-distant-large.html

美国Los Alamos国家实验室研制超导量子干涉仪（SQUID）

Los Alamos国家实验室的研究人员开发了一种超导量子干涉装置（SQUID），它的大小只有人类头发直径的一小部分，但它比大多数遵循量子定律的东西要大得多。与原子和单个分子不同，SQUID在显微镜下是可见的，研究小组希望在未来制造更大的版本。

电子SQUID是常见的医疗成像机器和其他应用依赖于敏感的磁传感器。他们通过监测回路中电流的流动来检测磁场的变化。传统的SQUID是敏感的非常小的磁场量所允许的量子力学。虽然电子SQUID的电路可以大到可以用肉眼看到，但量子相互作用涉及到看不见的磁场和电线内部的电流。

另一方面，洛斯阿拉莫斯原子的SQUID则依赖于激光捕获的超冷原子云，而不是金属内部的电流。这意味着人们可以通过观察运动中的原子云来观察量子相互作用。

原子SQUID中的单个原子遵守量子规则，包括将它们混合在一起成为一个云状实体的能力，而云状实体又遵循量子规则。有多少原子以这种方式聚集在一起是没有限制的，这意味着我们可以制造出大量的原子，这些原子同时具有可见性和量子力学的潜力。

详情：

https://www.santafenewmexican.com/news/health_and_science/opening-a-window-to-quantum-weirdness/article_be14b408-00f1-11eb-968c-dfabcab9a67f.html

NIST开发的装置利用量子物理原理检测超微弱通信信号

美国国家标准与技术研究院(NIST)设计并展示了一个系统,可以极大地提高通信网络的性能而使低错误率在检测的微弱的信号,可能减少所需的总能量最先进的网络10到100倍。

这个原理验证系统由一个新的接收器和相应的信号处理技术组成，与当今网络中使用的方法不同，它完全基于量子物理的特性，因此能够处理携带大量数据的脉冲信号，即使是非常微弱的信号。

联合量子研究所的物理学家Ivan Burenkov说:“我们使用现成的组件建造了通信测试台，以证明量子测量能够实现的通信有可能扩大规模并广泛用于商业用途。”联合量子研究所是NIST和马里兰大学之间的一个合作研究机构。

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https://www.nist.gov/news-events/news/2020/09/quantum-matchmaking-new-nist-system-detects-ultra-faint-communications

研究人员利用热辐射计测量量子比特的能量

阿尔托大学和芬兰VTT技术研究中心的物理学家开发了一种新的探测器，可以以前所未有的分辨率测量能量量子。这一发现有助于量子计算走出实验室，进入现实世界的应用。

研究小组工作的探测器被称为热辐射计，通过测量辐射对探测器的加热程度来测量入射辐射的能量。阿尔托的Mikko Möttönen教授的研究小组开发出一种可以与量子计算机中使用的最先进探测器相匹配的装置。

测量量子比特的能量是量子计算机如何运作的核心。热辐射计正在进入量子技术领域，也许它们的第一个应用可能是从量子位读出量子信息。

详情：

https://phys.org/news/2020-09-detector-breakthrough-boundaries-quantum.html

-End-

1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。