在政策、人才和資本的多重推動，量子信息技術已成為各方關注與期待的焦點，去年諾貝爾獎花落量子糾纏，更是激發(fā)了全社會對量子技術的熱情。
量子信息技術主要包括量子計算、量子通信和量子測量三大領域，其中，量子計算具有經典計算技術無法比擬的巨大信息攜帶量和超強并行計算處理能力，為人工智能、密碼分析、氣象預報、資源勘探、藥物設計等所需的大規(guī)模計算難題提供了解決方案。
走出實驗室的量子計算
量子計算的概念最早由費曼提出，英國物理學家David Deutsch進一步發(fā)展了費曼的構想，通過“量子線路”方法，將經典計算機中負責運算處理的邏輯門擴展到了量子力學領域，90年代的Shor算法和Grover算法證明了量子計算擁有經典計算無可比擬的速度。
量子計算機的發(fā)展分為實現量子優(yōu)越性、實用化的量子模擬機和可編程的通用量子計算機三個階段，隨著量子計算優(yōu)越性得到實驗驗證，量子計算已進入實用化優(yōu)勢應用場景探索的新階段。近年來，全球量子計算領域科學研究和技術研發(fā)亮點紛呈，離子阱、超導、光量子和半導體等多種技術路線并行發(fā)展，比特數量規(guī)模和質量參數進一步提升。
我國的量子計算研究雖然起步較晚，但發(fā)展迅速，現已處于國際第一陣營，在該領域的學術論文發(fā)表量和研究機構數量位列全球第二（第一是美國），并于近兩年取得了一系列標志性成果。當前量子計算機的研究正從實驗室階段向工程技術化階段邁進，如何“走出實驗室”成為我國科研機構和量子企業(yè)都在思考的問題。
近日，專注量子計算機工程化及產業(yè)化的啟科量子，推出了國內首臺模塊化離子阱量子計算工程機天算1號，這標志著我國原子型量子計算機邁出了從關鍵技術突破、實驗室研發(fā)、原理樣機研制到產品工程化的關鍵一步。
天算1號外觀圖
啟科量子研發(fā)人員向記者介紹了天算1號各個系統(tǒng)功能，離子阱系統(tǒng)提供離子源并實現對離子囚禁，光學系統(tǒng)實現對離子冷卻以及量子態(tài)操控，工作環(huán)境系統(tǒng)主要是提供超高真空環(huán)境以減少背景氣體分子對離子的碰撞，測控系統(tǒng)通過指令時序調節(jié)電壓、激光等參數以實現計算的主要步驟，這四大系統(tǒng)實現離子阱量子計算機硬件工程化、操作界面智能化。由若干模塊組成四大系統(tǒng)，四大系統(tǒng)組裝成整機，未來某個模塊出現錯誤，可以通過插拔的形式進行迅速恢復。
量子計算機工程機分系統(tǒng)框架圖
勇闖國內離子阱量子計算“無人區(qū)”
量子計算根據功能劃分，可分為專用型量子計算機與通用型量子計算機，專用型量子計算機用于解決特定問題（如優(yōu)化問題），而通用型量子計算機支持編寫基于通用邏輯門的算法程序，應用范圍更廣泛。目前能夠實現通用量子計算的量子計算機只有離子阱和超導兩種。
離子阱利用電荷與電磁場間的交互作用力牽制帶電粒子運動，并利用囚禁離子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)組成的兩個能級作為量子比特，利用微波激光照射操縱量子態(tài)，通過連續(xù)泵浦光和態(tài)相關熒光實現量子比特的初始化和探測。離子阱技術路線具有無需極低溫冷卻，天然離子量子比特具有全同性，保真度高，相干壽命長（秒級），糾錯編碼開銷需求低，光子操控、互聯(lián)與未來量子信息組網兼容等優(yōu)勢，其基本技術與四屆諾貝爾物理學獎的技術緊密相關。
近年來，世界各地研究團隊一直在加速創(chuàng)建離子阱量子計算機，國外的離子阱量子計算企業(yè)主要有美國的Quantinuum(霍尼韋爾子公司)和IonQ、英國的Oxford Ionics和Universal Quantum、奧地利的Alpine Quantum Technologies 等，國內首家離子阱量子計算公司正是啟科量子。
以工程化方式推進離子阱量子計算機的研制，是目前該技術路線在國內外的焦點，此前工程化關鍵技術一直被國外幾家離子阱公司壟斷。啟科量子負責人表示，“外國離子阱工程機不斷取得突破，國內卻依舊處于空白期，這一落差堅定了我們打造自主可控離子阱量子計算機的決心�！�
為此，啟科量子在全球范圍內招募量子計算人才，組建了一支具有“光學+機械+電子+測控+量子物理”技術的全能團隊，自主研發(fā)出達到國際領先水平的離子阱量子計算工程機，該工程機已經獲得了國內量子信息、原子物理、光電子學等領域知名專家的權威評審。
啟科量子負責人表示，全球量子計算機的工程化之路已經起步，啟科將在天算1號的基礎上，著力發(fā)展以“離子-光子“糾纏為基礎的分布式技術，實現數百邏輯比特的分布式運算。目前公司正打造以離子阱量子計算機為核心的全產業(yè)鏈生態(tài)，未來將在供應鏈、金融、制藥、化工、交通、汽車、物流、航空、能源、氣象等領域注入“經典-量子”異構算力，解決如生物結構模擬、物流效率計算、尋找靶向藥物等重要復雜問題。
