IONQ：不要买错量子比特技术

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总结

·IONQ 的捕获离子量子比特技术对于量子霸权来说不够可扩展。

·IONQ正在探索其计算机可能优于经典计算机的市场，并试图减少特定问题所需的量子比特数量。

·IONQ 必须确保能够访问能够扩展到量子优势的量子比特，以确保公司的生存。

图片来源：盖蒂图片社

我不认为 IONQ （NYSE：IONQ） 选择的技术，即捕获离子量子比特，具有足够的可扩展性，无法提供能够实现量子优势或量子霸权的计算机。我也相信 IONQ 也得出了同样的结论。因此，IONQ正在探索其计算机可能比现有经典计算机性能更好的市场，并试图减少解决特定问题所需的量子比特。

这一战略可能会提供几年的商业跑道，并补充他们目前提供量子计算机的计划，人们可以用它来为具有至高无上的计算机到来的那一天做准备。

为了确保公司的成功，IONQ 必须确保他们能够访问能够扩展到量子优势的量子比特;如果他们做不到这一点，公司的生存将受到质疑。

我是斜杠青年，一个PE背景的杂食性学者！♥

量子研究

这是我关于 IONQ 的第二篇文章，也是我关于量子计算公司的第N篇文章。在我之前的 IONQ 文章中，我接受了 IONQ 的论点，即其 AQ64 机器将提供超出当前可用能力的计算能力，即使是世界上最大的超级计算机也是如此。事情正在迅速变化;Alphabet （GOOG） 和 International Business Machines （IBM） 声称在 2023 年取得了量子优势。这些说法在几周内被证明是错误的。

在本文中，我将介绍 IONQ 的进展，并考虑一种新的量子比特技术。

量子霸权问题

当计算机能够比今天的经典计算机更快地执行计算时，它将具有量子优势。它还将能够解决今天无法解决的具体问题。

当量子计算机能够运行所有现有的量子算法来解决我们面临的更复杂和关键的问题时，它将获得至高无上的地位。量子霸权将是计算机能够解决在当今超级计算机上需要数千年才能解决的问题。当它到来时，世界将永远改变。

有些公司以前认为他们已经获得了量子优势;在所有情况下，后来都展示了经典计算机如何解决这个问题。

基本理念

量子计算机将在两条方面发展优势。首先，它将运行基于线性代数（现在通常称为量子数学）的算法或计算机程序。这些算法操纵量子比特，利用它们的叠加和纠缠特性，然后进行最终测量来回答问题。

算法和数学是提高量子机器性能的重要组成部分;然而，这些算法可以在当今经典机器的模拟环境中运行，并且与其他编程技术相比，这些算法已被证明在解决许多问题方面非常有效。

第二部分是硬件;计算机的能力将取决于其纠错量子比特的数量。如果计算机有足够的能力，它可以运行算法来解决一些世界上最棘手的问题。量子比特的数量将使量子计算机超出可以模拟的范围，并且长期以来一直假设计算机将需要一百万个量子比特才能发展出实际的量子霸权。

最近发表在《美国物理学》上的一篇文章表明，经典计算机中使用的算法正在以与量子计算机类似的速度改进，并且要开发真正的量子优势（无论进行何种改进，都能够执行超越经典计算机的计算）将需要一台具有数万甚至数百万个量子比特的机器。

量子比特、缩放和纠错

我至少研究了十种技术来产生必要的量子比特，每一种都显示出巨大的前景，但当一个棘手的问题到来时，它们就会失败。拥有正确量子比特技术的公司将率先制造出具有量子优势的工作量子计算机，甚至可能是量子霸权，并将价值数万亿美元;那些追求错误技术的人可能一文不值。

技术领域在不断变化;不断有发现，不断有新的研究发表，现有方法不断出现问题。

超导大队

这是第一项技术，超导量子比特是超导线的一小环。它由更多的电线控制，并通过更多的超导电路连接到其他量子比特环路。

2015 年，当 International Business Machines 展示他们的 5 量子比特 Canary 计算机时，这项技术脱颖而出;IBM 又花了 8 年时间才推出 100 量子比特的 Eagle 机器，并于去年年底发布了 1000 量子比特的 Condor 机器。

Rigetti （RGTI）、Alphabet （GOOG） 和许多其他公司跟随 IBM 进入了这项技术，原因很容易理解。这种类型的电路为这些公司所熟知，他们过去在扩展类似想法方面取得了巨大成功;它与硅芯片没有什么不同。

事实证明，超导量子比特在错误生成和纠正方面存在很大问题。最轻微的环境变化，他们就会忘记他们应该持有的信息。它们在退相干（产生错误）之前保持状态不到一毫秒，因此所有计算都必须在此之前完成。它们容易受到热、磁、能量、彼此和量子计算机本身的影响;当您测量它们时，它们甚至会忘记它们的值，因此您无法在不减少计算的情况下检查它们的值。

已经开发了两种技术来帮助纠错：逻辑量子比特（共享信息而不是使用单个量子比特来保存信息的一小群量子比特）。逻辑量子比特必须满足 99.5% 的错误阈值才能执行操作。第二种技术是纠错代码。使用最广泛的纠错技术称为“表面代码”。使用表面代码，您需要超过 300 个量子比特才能错误纠正 1 个工作逻辑量子比特。这种冗余开销意味着您可能需要一百万个量子比特设备才能产生有意义的计算。

今年 3 月，IBM 发布了一篇论文，展示了纠错技术在减少开销方面的潜力。他们称之为总代码（因为它使用 288 个量子比特来校正 12 个逻辑量子比特）。新代码完全是理论性的，尚未应用，仍然需要拥有数万个量子比特的机器才能取得有意义的进展。

纠错现在使超导量子比特看起来像一个远景;他们是第一个，并且有几家公司仍然致力于他们，但还没有人解决纠错问题，并且是否能够做到这一点存在很大的疑问。

捕获离子量子比特

这是下一个进入商业研究的技术;它是 IONQ 和 Quantinuum（霍尼韦尔量子解决方案和剑桥量子计算的合并，目前由摩根大通私人资助）的技术。

控制超导量子比特所需的技术已广为人知;对于控制捕获离子所需的激光光学器件来说，情况并非如此。

离子是去除电子的原子，赋予它电荷。这种电荷使得它相对容易被捕获在电场中（因此得名捕获离子计算）。离子在超低温下被困在微小的真空中;激光用于操纵它们所持有的信息。

IONQ 创建了一台 36 量子比特机器 Forte;它是唯一可供销售的量子门计算机，因此是量子门计算领域的世界领导者;由于更好的相干性和更高的栅极保真度，它在误差缓解方面具有最高的性能。

IONQ机器并没有被超导量子比特的纠错问题所困扰，但它们还有另一个可能同样棘手的问题，即缩放。

问题在于量子比特的数量;36个量子比特比提供量子优势所需的量子比特少一个数量级。

缩放捕获离子机看起来比超导量子比特更容易，因为你不需要复杂的电路来连接所有量子比特，因为它们可以自然纠缠。但是，它们有局限性;首先，它们都具有相同的电荷并相互排斥。这限制了您可以在任何给定空间中放置的量子比特数。它们通常排列成一条直线或一个环，这使得很难将一个离子量子比特与一行 10 或 20 个位置纠缠在一起，如果你设法扩展到数千个量子比特，那就变得更加困难了。

IONQ 事半功倍

我认为 IONQ 已经接受了其捕获的离子技术无法扩展以提供量子优势或霸权。因此，他们正专注于使用其当前技术来提供商业优势，同时考虑购买更具可扩展性的量子比特技术的可能性。

在 IONQ Q4 财报电话会议（2024 年 2 月 28 日）中，首席执行官讨论了量子算法的改进，明确提到了一家量子算法公司，该公司“发表的研究表明，他们可以将需要 1.5 万亿个门的复杂材料模拟减少到只需要 410,000 个门。

首席执行官在同一份声明中说：

寻找用更少数量的量子比特做更多事情的方法的算法工作正在以比硬件本身快得多的速度进行。

首席执行官还讨论了现有的 IONQ 技术如何帮助人工智能。他没有提供任何具体的例子来说明IONQ如何用于人工智能，但表示，“IONQ打算追求人工智能市场。来自 IONQ 和 D-Wave 的量子计算机有可能减少为 AI 训练大型语言模型的时间和成本。

他说，IONQ将能够在未来2到3年内生产出具有商业优势的机器。我认为他谈论的是商业优势，而不是量子优势。该公司语言的这种变化可能反映了IBM和谷歌在认为自己已经获得了量子优势时的问题。

捕获离子量子计算的另一个主要参与者Quantinuum正试图通过将捕获的离子量子比特从存储位置移动到计算区域来解决缩放问题，在那里它们纠缠在一起，然后将它们移回并引入其他离子。这类似于经典的计算机体系结构，在经典的计算机体系结构中，经典位从内存传输到要处理的内核，然后再返回内存。该技术带来了不同的问题，尤其是洗牌时间。IONQ首席执行官在摩根士丹利网络研讨会上表示：

他们这样做是因为他们不能像我们一样因为专利而这样做......他们穿梭，他们像我们一样带走离子，他们把它们带到一个计算区，缠绕它们，然后把它们铲走，把其他离子带进来.....大约 99% 的挂钟时间用于来回穿梭。

他认为，转向量子计算所节省的时间在离子量子比特的穿梭中丢失了，这使得 IONQ 系统更胜一筹。

我认为 IONQ 已经在为新的量子比特技术做准备。他们的联合创始人克里斯·门罗（Chris Monroe）和金正桑（Jungsang Kim）都是离子阱技术领域的世界领导者，他们在2023年底离开了公司，回到了他们的学术研究。

在与摩根士丹利的讨论中，首席执行官发表了一些关键言论; 他说：

如果你在10年左右的时间里问我，我实际上会选择另一种方式.....您可能会看到 IONQ 收购了一家不同类型的量子比特公司。我不认为这些是竞争，我只是认为他们有不同的成熟时间。

综上所述，捕获离子量子比特技术的创始人和领导者离开了，讨论的是商业优势，而不是量子优势，为他们现有的技术寻找新的市场。专注于用更少的量子比特做更多的事情。首席执行官说，他将来可能会选择不同的模式，而 IONQ 可能会购买不同的量子比特技术，这让我相信 IONQ 已经接受了他们的技术不会扩展到 Quantum Advantage 所需的量子比特数量，他们正在寻求超越捕获离子技术的生命。

新技术

Microsoft（MSFT）研究了人们所讨论的所有技术，并决定走一条完全不同且独特的道路。Microsoft正在研究基于马约拉纳零模式的拓扑量子比特。它的优点是可以防止错误，但缺点是不能被证明存在。Microsoft正试图发明一些全新的东西，并给自己设定了20年的时间框架。

在摩根士丹利（Morgan Stanley）的网络研讨会上，IONQ的首席执行官表示，他认为Microsoft拓扑量子比特“非常优雅”。 他还说，他每天都会听到突破，并指出将任何突破转化为商业产品都需要五年时间和十亿美元。

他确实说过，他认为IONQ是当今市场上唯一的公司，在任何竞争到来之前，IONQ都有几年的时间来创造收入，这可能是真的。

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