作者:张双虎 来源:中国科学报 发布时间:2022/5/16 16:30:20
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离子阱量子计算:构筑量子计算的应用生态系统

 

近日,华翊博奥(北京)量子科技有限公司(简称华翊量子)宣布完成过亿元天使轮融资。华翊量子是国内首家专注于离子阱量子计算技术路线的高科技企业,今年年初刚刚成立。

一家刚起步的初创企业,凭什么在短短数月赢得资本青睐?获得投资后他们要做些什么?

最有潜力的技术路线

“离子阱量子计算是最有可能实现大规模通用量子计算的技术路线之一。”华翊量子CEO姚麟告诉《中国科学报》。

量子计算利用量子力学特性完成,和经典计算的主要区别是经典计算采用“ 0” 或“”1 的二进制比特作为信息的基础对象,而量子计算采用的是量子比特,量子比特的值可以是“0”“1” 或者“0”和“1”的量子叠加态,而这种量子叠加态是量子计算解决某些特定问题时,能提供远超经典计算机能力的关键原因所在。

一次量子计算过程可以概括为首先完成所有量子比特状态的初始化,再选择对应参与计算的量子比特,进行可编程的逻辑门操作,最后对量子比特状态进行测量,得到计算结果。

“而量子计算的各种不同技术路线,是采用不同的物理体系,来实现量子比特及对应的量子逻辑门。”姚麟解释说,离子阱量子计算机采用被‘囚禁’在真空中的离子(带单个电荷的原子)作为量子比特,利用离子的两个稳定的能级(稳态或亚稳态),作为量子比特‘0’和‘1’的状态,利用激光或微波来控制能级之间的跃迁实现量子逻辑门,并通过激光实现量子比特状态的初始化和测量。相比其他技术路线,离子阱量子计算具有相干时间长、保真度高、连通性好、编程方便等优点。”

目前,量子计算应用拓展主要受限于量子计算机硬件的水平。在实现一百个量子比特以上,且兼具高保真度及强连通性的量子计算机后,有望大大加速在新能源材料、化工、核能、生物制药、运筹与物流优化及金融工程等领域的启发式算法研究并产生显著的应用加速效果。

致胜的“秘诀”

“量子计算作为欧美各国在国家战略层面重点布局的新兴技术,将在未来数年至数十年都会是国力竞争的一个重要战场,世界主要国家在量子计算及其相关领域都投入了大量的人力物力,这也是中国重大科技研究布局最主要的方向之一。”华翊量子创始人及首席科学家、清华大学量子信息中心执行主任段路明对《中国科学报》说,“虽然该行业目前仍未成熟到完全实现各种颠覆性的应用,但有望在近期内取得一些重要的进展。”

在国内外,既有大型企业的研究部门,也有许多中小型及初创公司正在进行这方面的投入研究,市场对于更加先进的量子计算机硬件的需求十分迫切。

华翊量子2022年1月成立,其创始团队来自清华大学量子信息中心,创始人及首席科学家段路明是国际著名的量子信息专家,曾任美国密歇根大学费米讲席教授。2018年,他应姚期智院士邀请全职回国任清华大学基础科学讲席教授、姚期智讲座教授。

“美国首家量子计算机上市公司IONQ的架构设计,即基于段教授提出的离子阱量子计算规模化方案。”姚麟介绍说,“段教授团队多次刷新量子信息领域的国际记录,首次实现202个离子量子比特的稳定囚禁,完成了多项相关技术突破,为实现大规模离子阱量子计算的研究奠定了基础。”

华翊量子创始人及核心团队在量子计算方向上有超过20年的深入研究,积累了丰富的经验及独特的技术与构想,特别是具有领先的离子阱量子计算机架构设计, 技术水平处在离子阱量子计算方向的国际最前沿,有望在未来持续实现离子阱量子计算机技术指标的快速提升。

“量子计算这个新兴行业方向具有重大战略意义及广泛的应用前景,同时华翊量子创始团队具备明显的技术优势,应该是资本较为看好的主要原因。”姚麟说,“就我们与投资基金接触的情况来看,投资基金比较关注的是企业的核心技术是否具有领先性,技术优势如何持续保持,及核心技术所对应产品是否有市场前景。”

本轮领投高榕资本表示:高榕在计算机行业相关软硬件领域有广泛的布局。这几年围绕大数据、人工智能、传感器、芯片领域的持续投资,让其意识到,数据量的激增对算力需求的增长巨大。

“当芯片工艺制程逐步向1纳米逼进时,量子效应的出现使得过去基于硅基体系所建立起的技术体系开始面临失效。”高榕资本创始合伙人岳斌说,“这个时候,基于量子体系所构建的量子计算机研发就变得更为紧迫。段教授所领导的团队是国内离子阱这条路线上最具研发实力的团队。高榕很有幸能够支持这样一支仰望星空、脚踏实地的团队。我们期待在段教授的带领下,基于离子阱方案的通用量子计算机在可操控离子数量和算法上不断取得突破,引领国际量子计算机的发展并早日将量子计算机推向应用。”

以技术优势解决应用难题

姚麟认为,相比于其他用于实现量子计算的物理系统,离子阱系统相干时间长、编程控制方便、连通性好的优点利于将量子计算机规模化;而且离子阱量子计算机的造价显著低于其他几种物理体系的量子计算系统,从商业化应用角度来看具有明显的成本优势。

“获得投资后,我们要吸引更多高水平人才加入心技术团队,并打造出在技术指标上具有领先优势的样机及产品。”姚麟分析说,量子计算是颠覆性的新兴行业,虽然从长期来看事关国家的核心技术发展,但是短期而言,其应用市场仍具有较大的不确定性。因此,如何帮助企业共同探索利用量子计算的优势去解决相关应用问题是华翊量子需要首要解决的难题。

“公司计划在近期先实现约30至60量子比特规模的离子阱量子计算与量子模拟。同时将加大投入研发100至200个量子比特规模的量子计算机,并基于其提供远超经典超算模拟能力的量子计算云服务及量子计算机整机销售。”姚麟说。

首轮融资完成之后,华翊量子将聚集更多优秀的科学家和工程师,加速产品的生产和迭代,助力量子计算实现更多的应用场景落地并赋能新药研发、科学研究、工业生产、大数据、金融行业等领域。

“华翊量子要解决的主要问题是将先进的技术储备进行转化,实现模块化、标准化、规模化的量子计算机,并在此基础上不断研发升级,始终提供最先进的离子阱量子计算机系统以满足相关商业、研究等需求。除量子计算机整机外,华翊量子也将提供量子云平台的访问,使用户可以方便地获取量子计算算力。”姚麟补充说,“同时,也希望有关部门能采取灵活的政策,鼓励相关企业应用量子计算机,解决其研发生产中遇到的实际问题,共同推动量子计算应用生态圈的建设。”

 
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