行业主要的通用门电路量子计算机

· IBM量子计算机

1）硬件技术路线

IBM在量子处理器方面的主要研究方向为超导。 IBM提供的量子产品的核心是超导约瑟夫森结人造原子，它们是由储存在超低温稀释冰箱中的射频脉冲控制的超导回路。

2020年9月，IBM发布了扩展量子技术路线图。IBM将在2021年实现127Q，2022年实现433Q，2023年实现1121Q，之后量子比特数将达到百万级。

IBM开发了适用于IBM Q模拟器的全栈式量子软件，并拥有量子云平台QExperience。

2）软件技术路线

IBM 指出，Qiskit runtime 是一个SDK和执行环境。它能以比以往快得多的速度增加运行更多电路的能力，并具有存储量子程序的能力，以便其他用户可以作为服务运行它们。还可以削减用户计算机和量子处理器之间通信出现的延迟。

IBM 已经实现 OpenQASM3 汇编语言的接口，该公司还计划推出用于处理大型量子比特结构的电路库和高级控制系统，以使得其量子内核开发人员能够充分利用具有数千个或更多量子比特的硬件。并且开放了全球第一个量子开发者认证。

对于量子算法开发人员，IBM将继续改进和推出新的工具，以高效地构建和实现量子电路；以及针对自然科学、优化、机器学习和金融的特定应用模块，从而使得他们的探索更加轻松。

IBM 计划在 Red Hat OpenShift 和开放标准之上构建其量子软件工具。

2025 年及以后，量子计算的硬件细微差别对用户或开发人员也都将变得无关紧要。并预测，到 2030 年，公司和用户每天将运行数十亿甚至数万亿个量子电路。

· Google量子计算机

Google在量子处理器方面的主要研究方向为超导，包括量子门计算机和量子退火计算机。

2018年推出72Q处理器Bristlecone，当时在量子比特数量上全球领先。

2019年10月Google利用53Q量子计算机，用3分钟完成全球最强大超算Summit花一万年才能完成的计算实验，Google研究人员宣布Google已实现“量子霸权”。

在量子软件方面，Google拥有开源量子计算框架Cirq。

2020年初利用TensorFlow原本在机器学习领域中的强势地位推出了量子机器学习库TensorFlow Quantum，抢占量子机器学习领域的先机。

2020年8月，Google量子研究团队在量子计算机上模拟了迄今最大规模的化学反应，该研究成果将彻底的改变理论化学，从而改善各种行业，如医学、工业等。

· 霍尼韦尔（ Honeywell）量子计算机

1）硬件技术

美国的巨型商业集团和国防承包商Honeywell（霍尼韦尔）。霍尼韦尔在2020年10月29日宣布推出新一代量子计算机，即系统模型H1。霍尼韦尔最新一代的量子计算机最初提供10个全连接的量子比特，达到了QV128，并有“中间电路测量”和“量子比特重复使用”的特性。

企业可以通过云应用程序编程接口（API）、微软Azure Quantum以及Zapata Computing和Cambridge Quantum Computing等渠道合作伙伴，直接访问系统模型H1，也可通过订阅即可访问霍尼韦尔的这台目前市面上技术最先进的量子计算机。

霍尼韦尔开发了一种所谓的“俘获离子量子位电荷耦合装置”（trapped-ion quantum charge coupling device）。二维系统捕获元素镱的离子，作为量子位，而辅助原子协助冷却镱原子。光脉冲将量子位置于其初始状态（将计算机位设置为0或1的量子版本），然后测量量子位的最终值（0或1），而其他脉冲则充当门，或是两个量子位之间的量子逻辑运算 。

2）Honeywell量子计算机软件及应用

霍尼韦尔通过订阅云服务来提供量子计算机，其客户中不乏一些大牌公司：包括宝马、 DHL、摩根大通和三星。

位于博尔德、科罗拉多和明尼阿波利斯的系统，每次可供客户使用长达两周的时间。而且，如果离线了两周以上，还会增加额外容量。

系统模型 H1服务的订阅目前已经售罄，公司现在正在开发第三代系统模型 H2服务，将提供更高级别的量子服务。

3）两种购买使用方式

System Model H0 – Purchasable credits for per-usage（买点数）

Customer jobs queued and run on a fair-queuing basis

Circuits run using credits, determined by circuit parameters

Pre-scheduled, exclusive use of the system available for an additional fee/hour

System Model H1 – Subscription（按照周期订阅）

Reserved access per-month of 8 hrs (Standard) or 16 hrs (Premium)

Queued access through the month based on system availability

· IONQ量子计算机

IonQ was founded in 2015 by Chris Monroe and Jungsang Kim based on 25 years of pioneering research at the University of Maryland and Duke University。是美国一家基于离子阱技术的量子计算初创公司。

2020年10月，IonQ宣布推出目前世界上最先进的QV400万量子计算机。而且IBM在前不久才全部实现了QV128，因此轰动了整个圈子。并且创立了新的量子计算评判方法Algorithm Qubits。

发布了该公司离子阱量子计算机未来五年发展路线规划图，公司计划在2023年之前，部署机架式模块化量子计算机，体积小，能够连通数据中心的网络。

据该项目负责人（Stewart Allen）介绍， IONQ离子阱量子计算机具有以下一些优点：

• 可以在室温下工作
• 通过磁铁和激光操纵离子，并且主要对FPGA芯片进行软件控制
• 不受退相干时间的限制
• 量子位是离子而不是约瑟夫森结，因此量子位的制造没有错误
• 没有读出错误，也没有量子位生命周期等问题
• 他们可以制作100-200个量子比特模块，并将它们与光学平台互连起来
• 它们可以具有模块化缩放，这对于超导系统是不可能或不实用的。超导量子系统需要极端冷却。这种冷却限制了系统的尺寸，超导系统已提出或正在通过远程云计算提交问题来访问
• 在专业数据中心和常规数据中心都将拥有量子系统。
• 有一条通往光网络的道路
• 拥有可扩展到数千个量子比特的接口

已经上到微软和Amazon的云服务上面。

· Rigetti量子计算机

Rigetti成立于2013年，创始人查得·瑞各提（Chad Rigetti）曾是IBM的员工。

是美国一家基于超导技术的量子计算初创公司。2019年12月，Rigetti 发布了一款32Q的量子计算机。

Quantum云服务（QCS）是Rigetti的量子第一云计算平台，其产品Forest是世界上第一个用于量子或经典计算的全栈编程和执行环境。

2019年Rigetti收购了量子计算和数据分析软件初创公司QxBranch。

2020年，英国政府向Rigetti Computing购买一台量子计算机，这是一项1000万英镑（折合9086万人民币）项目的一部分，该项目旨在提供位于英国牛津郡Harwell的云量子计算服务。

Rigetti量子计算机系统托管在牛津郡阿宾登新宣布的国家量子计算机中心。

为此，Rigetti还开发了一个基于云的平台，允许计算机程序员编写量子算法，并将与牛津仪器，渣打银行，布里斯托尔和伦敦的量子软件初创公司Phasecraft以及爱丁堡大学一起工作。

· “九章”量子计算机： 76个光子

国际主流观点认为，量子计算机的发展将有三个阶段：

• 第一阶段，研制50个到100个量子比特的专用量子计算机，实现“量子优越性”里程碑式突破。
• 第二阶段，研制可操纵数百个量子比特的量子模拟机，解决一些超级计算机无法胜任、具有重大实用价值的问题，比如量子化学、新材料设计、优化算法等。
• 第三阶段，大幅提高量子比特的操纵精度、集成数量和容错能力，研制可编程的通用量子计算原型机。

目前，“九章”还处在第一阶段，但在图论、机器学习、量子化学等领域具有潜在应用价值。

“九章”的突破，主要攻克了三大技术难关：高品质量子光源、高精度锁相技术、规模化干涉技术。

编辑：Victorlamp-e休