量子计算机的规模正在快速增长。 2022 年， IBM 凭借其 433 量子位的 Osprey 芯片占据了榜首。昨天， AtomComputing 宣布他们已经推出了一台 1,180 量子位的中性原子量子计算机，超越了 IBM。
这台新机器在一个微小的原子网格上运行，这些原子网格固定在真空室中并由激光操纵。该公司的第一个 100 量子位原型是一个 10×10 的锶原子网格。新系统是一个 35×35 的镱原子网格（如上所示）。 （该机器可容纳 1,225 个原子，但 Atom 迄今为止已对 1,180 个原子进行了测试。）
量子计算研究人员正在研究一系列量子位（传统计算中晶体管代表的位的量子等价物），包括微小的超导导线环（Google 和 IBM）、捕获离子（IonQ）和光子等。但 AtomComputing 和 QuEra 等其他公司相信中性原子（即不带电荷的原子）具有更大的扩展潜力。
这是因为中性原子可以更长时间地保持其量子态，而且它们天然丰富且相同。超导量子位更容易受到噪声和制造缺陷的影响。中性原子也可以更紧密地堆积在同一空间中，因为它们不带可能干扰邻居的电荷，并且可以无线控制。中性原子允许室温设置，而不是其他量子计算机所需的接近绝对零的温度。
该公司可能正在做某事。现在，他们在短短两年内就将机器中的量子比特数量增加了一个数量级，并且相信他们可以走得更远。在解释该技术的视频中，Atom 首席执行官 Rob Hays 表示，他们看到了“一条在不到一立方厘米的时间内扩展到数百万个量子比特的途径”。
“我们认为，从 100 到 1,000 所面临的挑战量可能明显高于我们下一步想要达到的目标（10,000、100,000）所面临的挑战量，”Atom 联合创始人首席技术官 Ben Bloom 告诉Ars Technica 。
但规模并不是一切。
量子计算机非常挑剔。杂散磁场或气体粒子可以使量子位脱离量子态。这种情况发生的次数越多，计算的可靠性就越低。尽管几年前规模化受到了广泛关注，但焦点已经转移到规模化服务中的纠错上。事实上，原子计算公司的新计算机更大，但不一定更强大。例如，由于随着量子位计数的增加，错误会累积，整个系统还不能用于运行单个计算。
然而，最近这方面出现了一些进展。今年早些时候，该公司展示了在计算过程中检查错误并有可能在不干扰计算本身的情况下修复这些错误的能力。他们还需要通过提高量子位的保真度来将总体错误降至最低。最近的论文每一篇都显示了中性原子量子计算的低误差方法取得了令人鼓舞的进展，为这一努力注入了新的活力。减少错误在一定程度上可能是一个工程问题，可以通过更好的设备和设计来解决。
“在这些论文发表之前，阻止中性原子的东西都是我们用来控制中性原子的经典东西，”布鲁姆说。 “这本质上表明，如果你能从事传统的工作——与工程公司合作，与激光制造商合作（这是我们正在做的事情）——你实际上可以降低所有这些噪音。现在突然之间，你就剩下了这个令人难以置信、令人难以置信的纯净量子系统。”
除了中性原子量子计算机的纠错之外， IBM 今年还宣布，他们已经开发出用于量子计算的纠错码，可以将所需的量子位数量减少一个数量级。
尽管如此，即使有纠错功能，大规模、容错的量子计算机也将需要数十万或数百万个物理量子位。其他挑战（例如移动和纠缠越来越多的原子需要多长时间）也存在。更好地理解并努力解决这些挑战是原子计算在追求规模化和纠错的同时的原因。
与此同时，新机器可以用于解决较小的问题。 Bloom 表示，如果客户有兴趣运行 50 个量子位的算法（该公司的目标是明年向合作伙伴提供该计算机），他们会使用整台计算机多次运行该算法，以便更快地得出可靠的答案。
在谷歌和 IBM 这样的巨头云集的领域，一家初创公司能够如此迅速地扩展他们的机器，令人印象深刻。但 AtomComputing 的 1000 量子位大关不太可能长期保持独立。 IBM计划在今年晚些时候完成其 1,121 量子位 Condor 芯片。该公司还追求一种模块化方法——与笔记本电脑和手机中常见的多芯片处理器不同——通过连接许多较小的芯片来实现规模化。
我们仍处于量子计算的初级阶段。这些机器可用于研究和实验，但不适用于解决实际问题。多种方法在规模和纠错（该领域的两个重大挑战）方面取得的进展令人鼓舞。如果这种势头在未来几年继续下去，其中一台机器可能最终会解决传统计算机无法解决的第一个有用问题。
图片来源：原子计算