最高可实现100万量子体积，霍尼韦尔量子计算机升级至20量子比特

光子盒研究院出品

6月14日，霍尼韦尔旗下量子计算公司Quantinuum宣布对其离子阱量子计算机System Model H1进行重大技术升级，包括扩展到20个全连接量子比特[1]，并增加可以并行完成的量子操作的数量。

这些改进大大增强了由霍尼韦尔提供支持的H1-1量子计算机的计算能力，自2020年秋季首次亮相以来，该计算机在量子体积(衡量整体性能的指标)方面创下了多项行业纪录。

今年4月，Quantinuum宣布12量子比特H1-2量子计算机的性能翻了一番，成为第一台通过4096量子体积(QV)的商用量子计算机。根据量子体积计算公式，4096 QV已经是12量子比特系统的极限了，随着将其量子比特数量增加至20个了，理论上最高可实现100万QV。

Quantinuum总裁兼首席运营官Tony Uttley说：“通过这些升级，开发人员能够在不牺牲性能的情况下运行比以前更复杂的计算。此次升级是我们独特商业模式的又一个例子，我们不断升级系统，即使在系统投入商业使用之后，也能为用户提供最佳性能。”‍

离子阱量子计算机H1-1

Quantinuum对H1-1进行了如下升级：

将全连接量子比特的数量从12个增加到20个，同时保持其较低的双量子比特门错误(典型性能保真度为99.7%，最高达99.8%)和关键功能，如中间电路测量、量子比特重用、量子条件逻辑和全连接。

将门区(gate zone)的数量从三个增加到五个，使H1-1能够同时完成更多的量子操作，并允许增加电路执行的并行性。

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Uttley说，这种升级证明了H系列路线图中重要的下一步——在不牺牲门保真度的情况下增加量子比特和门区数量的能力。System Model H1的第二个版本H1-2计划在今年晚些时候进行类似的升级。

Uttley说：“这些最新的进展表明，我们知道如何扩大我们的离子阱量子硬件，我们将继续在我们的技术路线图上取得预期的进展。我们在不损害任何功能的情况下增加量子比特，并保持保真度，这对于我们扩展到未来的H系列产品是绝对必要的。”

Quantinuum量子计算机路线图

Quantinuum已经使用System Model H1开发了完全集成的解决方案，例如网络安全产品Quantum Origin和最近发布的量子计算化学软件InQuanto(使用InQuanto软件的许可证可以访问H1)。Quantinuum还通过微软的Azure Quantum提供对其量子计算机H1-1和H1-2以及H1模拟器的商业访问。微软Azure Quantum将为客户提供20量子比特H1-1的新功能。

升级后的系统经过了内部和外部用户的广泛测试，验证了性能和功能，包括摩根大通的私人预览。

摩根大通量子计算和通信研究主管、杰出工程师Marco Pistoia博士说：“摩根大通的量子计算团队一直在使用Quantinuum的量子计算机进行实验，这些实验使用中间电路测量和重用以及量子条件逻辑，利用了计算机非常高的量子体积。”

在6月13日提交的arXiv预印论文[2]中，摩根大通和马里兰大学合作在量子自然语言处理算法上使用了H1-1计算机的20个量子比特，用于提取文本摘要。

在这项工作中，我们考虑了提取摘要约束优化问题，并展示了迄今为止最大规模的量子优化算法执行，该算法原生保留了对量子硬件的约束。他们报道了在Quantinuum H1-1离子阱量子计算机上使用汉明权重保持XY混合器(XY-QAOA)的量子交替算子Ansatz算法的结果。

他们成功地执行了XY-QAOA电路，将量子演化限制在约束子空间中，使用了多达765个双量子比特门(深度高达159)，以及H1-1的所有20个量子比特。结果与用无噪声模拟器计算的参考值几乎相同，验证了计算机的高保真度

他们将XY-QAOA与具有高度表达性的恒定深度电路的层变分量子本征求解器算法(L-VQE)和量子近似优化算法(QAOA)进行比较。实验结果表明，硬件和算法的快速发展使得在量子硬件上解决约束优化问题成为可能。

使用在无噪声模拟器(蓝色)、Quantinuum H1-1(粉色)及其仿真器(黄色)中执行的不同量子优化算法对14(左)和20(右)量子比特的实例进行优化时获得的近似比率(上)和约束概率(下)。每个图显示了10个问题实例的统计数据，但XY-QAOA由于电路较深，仅执行了三次14量子比特和三次20量子比特运行。观察到所有的结果都显著改善了随机猜测。

以给定的汉明权重距离对20个量子比特的约束子空间中的位串进行采样的概率。阴影背景表示从均匀分布中采样的随机位串的汉明权重距离的分布。

迄今为止最大规模的量子优化算法执行，深度高达159。

参考链接：

[1]https://www.quantinuum.com/pressrelease/quantinuum-completes-hardware-upgrade-achieves-20-fully-connected-qubits

[2]https://arxiv.org/abs/2206.06290

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