杜克大学和IonQ公司开发新量子位门，将显著提升计算效率

美东时间2月10日，杜克大学量子中心(DQC)和美国量子计算初创公司IonQ宣布开发出新的量子位门。相关研究成果发表在arXiv上。

新的量子位门采用创新方式，可以同时在多个连接的量子位上运行，并且只能运行在IonQ公司和杜克大学的量子系统上。这项新的量子计算操作方法，将有可能加速几种关键的量子计算技术，并有助于扩展量子算法。

捕获离子的量子处理器示意图，图片来自IonQ

量子位门用于许多常见的量子计算。此次研究中的新量子位门可以单次实现对多个量子位门的同步操作。例如，多量子位Toffoli门，当且仅当所有其它量子位处于特定状态时，该量子位门会翻转一个选定的量子位。与标准的双量子位门不同，多量子位Toffoli门可以同时作用于多个量子位，从而实现更高效的操作。

这项发现可能会在解决基本量子计算方面带来显著的效率提升，比如Grover搜索算法、变分量子本征值求解器(VQEs)，以及加法、乘法等算术运算。这些算法普遍应用于量子计算，是量子计算机行业领域的关键组成部分。

杜克大学Or Katz、Marko Cetina教授和IonQ联合创始人Christopher Monroe进行了这项研究。未来，新量子位门将被集成到IonQ的量子计算操作系统中，供公众使用。

“其它量子计算架构，甚至别的离子阱量子计算机，都无法利用这种新的多量子位门，”Monroe表示，“因为IonQ量子计算机具有独特的全连通性和广泛的通信总线，允许所有量子位同时作用。”

IonQ公司总裁Peter Chapman认为，这项技术增强了其公司开发量子计算应用的独特实力。去年12月，该公司宣布新的钡量子位技术，还曾首次推出可重构多核量子架构和蒸发玻璃离子阱技术，这些都有望扩展IonQ量子计算机的量子位元规模。