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三星利用霍尼韦尔量子计算机改善电池设计

2021-02-25
来源:EETOP

  2021 年2 月三星与Imperial CollegeLondon 展开新一轮合作项目,欲藉由霍尼韦尔(Honeywell)打造的量子计算机System Model H1 解决开发电池遇到的计算难题,以改善电池设计。

  量子计算机与云端运算结合将成为主流商业模式

  由于量子计算机擅长特定运算,在巨量数据分析、选择最佳解方面极具效益,但是面对一般企业IT 运算需求或个人运算需求时,量子计算机并不比传统电脑有优势。再者,目前制造量子计算机的技术门槛甚高,供应商有限,售价也相当昂贵,预期数年内仍难以大举入市,因此预期量子计算机的主流商业模式是将量子计算机与云端运算结合,对外提供运算服务。

  如当企业端有即时巨量数据分析需求时,可提交给云端运算服务商进行量子运算,服务商再将分析结果与最佳解交付企业端;或者是当企业端提交给服务商的运算需求,由传统电脑处理可能不尽理想,服务商也可提供额外的量子运算服务。上述三星与Imperial College London 合作项目,即是利用霍尼韦尔 的量子计算机与云端服务来探索电池设计解决方案。

  初步实验

  三星与伦敦帝国理工学院物理系理论量子信息科学系主任金明希(Myungshik Kim)教授以及他的团队约翰内斯·诺尔(Johannes Knolle),乔·沃弗罗什(Joe Vovrosh),克里斯·塞尔(Chris Self),基兰·科斯拉(Kiran Khosla)和阿利斯泰尔·史密斯(Alistair Smith)一起研究了早期量子算法。该研究小组创建了一个相互作用的自旋模型动力学的模拟,该模型是用于检查磁性的数学模型。

  他们在霍尼韦尔的系统模型H1上进行了实验, H1是霍尼韦尔最新一代的离子阱量子计算系统

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  霍尼韦尔量子计算机

  霍尼韦尔的H1拥有10个完全连接的量子比特,可以达到128的量子体积,采用了量子电荷耦合件(QCCD)架构,可在其整个生命周期内进行快速升级。H1除了保持单量子比特门保真度≥99.97%和两个量子比特门保真度≥99.5%,还增加了可用的量子比特数,用户预计测量串器M扰误差为0.2%(目前商用系统上测得的最低值),具有“中间电路测量”和“量子比特重复使用”的特性。

  突破新极限

  复杂的模拟要求H1运行“深层电路”,并使用多达100个双量子比特门来支持计算。

  典型的量子算法由几个单量子比特门和双量子比特门组成。双量子比特门,即两个独立的量子比特之间的量子操作,提供了量子比特之间的纠缠,这使得量子计算比传统的超级计算机更强大,但这些量子操作也更难使用,而且成本更高。量子电路的复杂性通常可以根据双量子比特门的数目来估计。

  Kim 教授表示,霍尼韦尔的量子计算机表现良好,收集的数据符合他们对该模型的预期——考虑到算法所需的电路深度,数据令人鼓舞

  解决问题的未来

  霍尼韦尔量子解决方案总裁Tony Uttley表示,该项目不仅使三星和伦敦帝国理工学院的研究团队受益,而且证明了霍尼韦尔System Model H1量子计算机可以高精度处理复杂算法,从而使研究人员相信他们的结果是正确的,对于我们要利用量子计算的能力来解决现实世界中的问题非常重要。

  当今的量子计算机仍处于商业硬件的早期,这些系统经常受到物理错误的困扰,这些物理错误降低了计算的效率。霍尼韦尔的H1利用离子阱量子比特来提供极高保真度的操作以及长时间保持量子信息的能力。

  路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。尽管量子计算领域仍在发展,但企业开始探索这一领域并在其行业中规划价值之路,具有战略意义。

  量子计算机的制造技术各异

  目前主流量子处理器制造技术有离子井技术、超导体技术、半导体技术、光量子技术、拓朴绝缘体技术等5 种。

  离子井技术优点在于量子位元的稳定度高,但不利于制造多个量子位元,且运行速度较慢,霍尼韦尔即为此技术先驱,2020 年11 月推出SystemModel H1 量子计算机已搭载10 量子位元处理器。超导体技术在制造多个量子位元方面具优势,但为了维持量子位元稳定,必须使量子芯片处于绝对零度环境,Google、IBM 即采此技术。

  半导体技术优势在于业界对制程技术的掌握度较高,惟不利于制造多个量子位元,且同样须使量子芯片处在绝对零度下,英特尔正尝试此技术。光量子技术不采用量子芯片,而是由激光、光子探测器与镜片所构成,中国科大即采用该技术;至于拓朴绝缘体技术制造的量子位元较不受外部环境变化影响,有助减少纠错程序,惟仍处于开发阶段,主要投入厂商为微软。

 

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