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首例商业级离子-光子纠缠！量子互联网再翻新篇
IonQ 在一篇公开博客文章中表示：“我们相信这是学术环境之外离子-光子纠缠的首次演示。”
IonQ的量子计算技术采用了基于捕获离子的方法，这种方法以其长期相干性和量子比特的高度一致性而著称，尽管如此，它仍然像许多量子系统一样，在扩展量子比特数量方面遇到了挑战。
在2023年，IonQ详细介绍了其最新的技术发展路线图，该路线图着眼于提升性能、扩展规模及系统的制造能力。公司所取得的进步，标志着在其“规模扩大”目标上的显著进展。
一般而言，连接单个量子处理器被认为是扩展量子计算能力最有效的途径。例如，IBM在2023年推出了其新的量子处理器Heron（具有133个量子比特），该处理器旨在与其他处理器连接，以此扩展整体系统的规模。
在量子计算领域，光子与不同类型的量子比特（例如金刚石中的空位）之间的互连是一项关键任务。通过开发能够使光子与物理量子比特互动的中继技术，这种方法有望成为构建量子互联网的一个关键步骤——这正是亚马逊正在探索的方向。
对于IonQ而言，扩展其离子阱系统的规模涉及到量子处理单元（QPU）之间的互连。长期以来，公司一直在探索如何有效实现这一点，并且正在将这项技术从实验室环境转移到商业应用中。
IonQ在其公开博客中宣布了一项雄心勃勃的计划：“我们正致力于将这项技术提升至满足商业量子计算需求的技术水平。我们光子互联的路径设定了四个核心里程碑，每个里程碑都在前一个的基础上进一步发展，共同铺就了一个大规模的、网络化的、含多个量子处理单元（QPU）的框架。”
以下是IonQ所描述的里程碑：
1）里程碑1：离子-光子纠缠
这个初步的里程碑，同时也是构建整个QPU网络中最具挑战性的一步，目标是生成与量子比特纠缠的单个光子，并通过这些光子形成网络节点。
此节点需具备三项核心技术：
- 首先，能够产生与量子比特纠缠的“互联光子”；
- 其次，能通过光纤网络将这些互联光子传输至中央检测站；
- 最后，检测站需能够操控及测量互联光子的状态，确认离子与光子的纠缠关系。
2）里程碑2：光子介导的离子-离子纠缠
基于第一个里程碑，第二个里程碑进一步实现了使用纠缠光子将不同节点的两个离子基量子比特纠缠在一起。
为此，IonQ正在研发一种系统，能从两个不同节点收集互联光子，并将它们传输至一个集中检测点，在那里它们进行干涉并被测量，从而在各节点的量子比特间创建纠缠态。
3）里程碑3：将离子-离子纠缠交换到QPU
在实现了量子比特间的远程纠缠后，第三个里程碑旨在证明IonQ能够将这种纠缠从互联量子比特转移到用于计算的量子比特，从而支持更复杂的算法执行。
通过使用双量子比特交换门，可以将这种纠缠传输，实现两个QPU间的纠缠。这样，IonQ将能够扩大用于量子计算的量子比特数量。
4）里程碑4：多QPU程序纠缠
最终的里程碑目标是将光子互联技术扩展到超过两个节点，通过编程方式将多个QPU连接起来。这样，IonQ便能够并行利用网络中所有量子比特执行宽范围的电路。
为实现此目标，IonQ正在开发单光子开关技术和装置，以便能够收集来自多个互联量子比特的光子，并根据电路参数，选择性地在整个网络中纠缠量子比特。
IonQ公司宣布，“这标志着我们在增加量子比特数目道路上的一个关键进展。”该公司的技术策略是基于控制光子与电子间相互作用的先进量子理论。
过程首先涉及将互连量子比特置于离子阱中。随后，通过使用精密的激光系统，这些量子比特被激发至一个高能态；其后，量子比特的激发态会衰减至两个可能状态的叠加态。当电子衰变时，它会释放出一个与离子量子态纠缠的光子。
这一光子的发射及其随后的纠缠是量子自然行为的体现，无需额外的互连技术强化。
紧接着，IonQ便集中精力收集这些珍贵的纠缠光子，并利用先进的光学系统将光子有效地引导入光纤中。
这些光纤最终将光子传输至检测中心，在那里，科学家们可以根据需要精确控制和操纵光子的状态。
在这个光子状态检测中心，光子的状态被仔细测量，以此对其进行精确的状态测定。通过对离子量子比特的测量，IonQ确认了光子与原始离子量子比特状态的纠缠，并成功地通过网络传输，展示了离子-光子纠缠的成果。
正如IonQ所指出的，学术界已经在这种离子基光子互连技术上积累了大量知识。IonQ正在有效地利用这些学术成果和IonQ团队的专业知识，将学术研究转化为IonQ的离子阱系统中的商业应用。此外，通过结合光子互联资源，IonQ致力于在量子计算机领域推动全面功能的技术革新，同时也在持续地发展与这项技术相关的协议和先进光学设计，旨在打造出性能卓越、可靠性高的产品。
IonQ承诺，“在未来数年，我们将不断推进这项技术的边界。”
通过成功生成、收集离子量子比特的单个光子并确认其与离子的纠缠状态，IonQ的研究团队奠定了未来量子计算应用所依赖的光子互联协议的基础。
在过去的一年中，IonQ通过收购位于加拿大的初创企业Entangled Networks，加强了其在运行多个分布式量子处理器上的计算能力，并通过与空军研究实验室（AFRL）扩大合作，签订了价值2550万美元的合同，旨在为量子网络的研发部署两套量子计算系统，标志着公司业务发展上的重要进步。
总而言之，IonQ在其业务发展轨迹上取得了显著进展，超出了业内的最初预期。
现在，IonQ已从行业内的新兴力量迅速成长为收入创造者，通过利用云计算基础设施，将其服务迅速扩展到更广泛的客户群，展现了其在有效利用现有技术架构扩展业务上的策略敏感度。
在财务方面，IonQ展现了稳健的资产负债表，尽管面临持续的资金消耗，但其当前的财务状况为公司提供了宽裕的发展时间。2023年第三季度，IonQ的收入达到610万美元，远超预期，公司据此将全年收入预期上调至2120万至2200万美元范围内，显示出公司在业务运营和财务表现上的乐观前景。
虽然目前盈利状况尚未达到乐观水平，但考虑到公司仍处于早期发展阶段，IonQ已证明其将量子技术转化为具有吸引力的毛利率和增长潜力的商业模式的卓越执行力。尽管技术创业企业固有的不确定性依旧存在，但现有迹象支持一个积极的长期前景。
参考链接（上下滑动查看更多）：
[1]https://www.hpcwire.com/2024/02/22/ionq-reports-advance-on-path-to-networked-quantum-computing/
[2]https://finance.yahoo.com/news/ionq-achieves-critical-first-step-130000092.html
[3]https://insidehpc.com/2024/02/ionq-achieves-ion-photon-entanglement-for-quantum-networks/
[4]https://quantumcomputingreport.com/ionq-breakthrough-pioneering-ion-photon-entanglement-for-quantum-networking/
[5]https://thequantuminsider.com/2024/02/22/in-step-toward-quantum-networks-ionq-generates-photons-entangled-with-ions/
[6]https://seekingalpha.com/article/4672713-ionqs-quantum-leap-primer-on-next-frontier-computational-science