近日，以色列自主建造的首臺量子計算機面世，由魏茨曼科學(xué)研究所開發(fā)。

2月中旬，以色列創(chuàng)新署(IIA)和國防部宣布，將投資約6220萬美元開發(fā)本國第一臺量子計算機，用于學(xué)術(shù)界、高科技產(chǎn)業(yè)和安全機構(gòu)的研發(fā)工作。以色列希望借此奠定量子技術(shù)基礎(chǔ)，構(gòu)建獨立自主的量子計算能力。

前述宣布僅一個多月后，魏茨曼科學(xué)研究所Roee Ozeri教授就帶領(lǐng)團隊，成功建造了以色列首臺量子計算機。這是一臺包含5個量子位的離子阱量子計算機，大致相當(dāng)于IBM公司最初提供量子計算云服務(wù)時的研發(fā)水平。相關(guān)成果發(fā)表于美國物理學(xué)會期刊《物理學(xué)評論X輯-量子》(PRX Quantum)。

魏茨曼科學(xué)研究所開發(fā)的首臺以色列量子計算機，圖片來自Freddy Pizanti

團隊表示，目前世界上基于離子阱的量子計算機只有不到10臺。量子計算機有望達(dá)到最強大的經(jīng)典計算機也無法企及的復(fù)雜計算程度，這被稱為“量子優(yōu)勢”。由于量子計算機遵循量子力學(xué)定律，量子位可以通過量子疊加特性，同時以多個位置或多重狀態(tài)出現(xiàn)。這使得量子計算機能夠并行計算，實現(xiàn)強大的計算能力。量子計算還將帶來一系列應(yīng)用，從開發(fā)無法破解的密碼、預(yù)測市場波動，到加速新藥、材料和人工智能系統(tǒng)的開發(fā)。

目前為止，僅有谷歌和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)兩個團隊的量子計算機能夠?qū)崿F(xiàn)“量子優(yōu)勢”。

對此，魏茨曼科學(xué)研究所正在開發(fā)下一代性能更強大的量子計算機，將以64個量子位展示以色列的“量子優(yōu)勢”。團隊計劃將其命名為WeizQC，以紀(jì)念魏茨曼科學(xué)研究所在1955年建造的WEIZAC計算機——這是世界上最早期的計算機之一。

Ozeri教授表示相關(guān)研究中遇到最大的挑戰(zhàn)之一，是量子計算機對環(huán)境噪音極度敏感，阻礙了大型、復(fù)雜的計算機系統(tǒng)構(gòu)建。目前，團隊已應(yīng)用兩項創(chuàng)新技術(shù)來解決這一問題。

基于離子阱的量子位可以在不同狀態(tài)間切換，這一過程依靠激光完成。此類基于量子位的操作被稱為邏輯門。復(fù)雜計算需要涉及多個量子門，但這種操作對環(huán)境噪聲十分敏感，即使是很細(xì)微的環(huán)境噪聲也會導(dǎo)致系統(tǒng)失去量子特性。為了防止這種情況，團隊開發(fā)了一種激光脈沖模式，可以保持邏輯門的魯棒性與穩(wěn)定性。

光學(xué)器件需要產(chǎn)生激光脈沖來控制被捕獲的離子，圖片來自Freddy Pizanti

此外，量子糾錯也是重要步驟之一，這需要測量量子位。但測量會不可避免地導(dǎo)致系統(tǒng)失去某些量子特性。一般的解決方法是只測量部分的量子位。在離子阱量子計算機中，測量量子位一般是通過照射離子產(chǎn)生的光散射，來確定量子位的狀態(tài)。

該團隊則采用基于相機陣列的方法，同時檢測所有量子位，取代了捕捉單個離子狀態(tài)的光探測器。為了保護系統(tǒng)的量子特性，他們對相機隱藏了一些量子位。同時，團隊還開發(fā)了一種方法，通過增加電子電路，快速讀取和處理相機獲取的信息，加快糾錯速度，解決了與相機陣列相關(guān)的數(shù)據(jù)處理慢的問題。

關(guān)鍵詞： 量子計算機