以色列开发出本国首台量子计算机，拥有5个离子阱量子位

近日，以色列自主建造的首台量子计算机面世，由魏茨曼科学研究所开发。

2月中旬，以色列创新署(IIA)和国防部宣布，将投资约6220万美元开发本国第一台量子计算机，用于学术界、高科技产业和安全机构的研发工作。以色列希望借此奠定量子技术基础，构建独立自主的量子计算能力。

前述宣布仅一个多月后，魏茨曼科学研究所Roee Ozeri教授就带领团队，成功建造了以色列首台量子计算机。这是一台包含5个量子位的离子阱量子计算机，大致相当于IBM公司最初提供量子计算云服务时的研发水平。相关成果发表于美国物理学会期刊《物理学评论X辑-量子》(PRX Quantum)。

魏茨曼科学研究所开发的首台以色列量子计算机，图片来自Freddy Pizanti

团队表示，目前世界上基于离子阱的量子计算机只有不到10台。量子计算机有望达到最强大的经典计算机也无法企及的复杂计算程度，这被称为“量子优势”。由于量子计算机遵循量子力学定律，量子位可以通过量子叠加特性，同时以多个位置或多重状态出现。这使得量子计算机能够并行计算，实现强大的计算能力。量子计算还将带来一系列应用，从开发无法破解的密码、预测市场波动，到加速新药、材料和人工智能系统的开发。

目前为止，仅有谷歌和中国科学技术大学两个团队的量子计算机能够实现“量子优势”。

对此，魏茨曼科学研究所正在开发下一代性能更强大的量子计算机，将以64个量子位展示以色列的“量子优势”。团队计划将其命名为WeizQC，以纪念魏茨曼科学研究所在1955年建造的WEIZAC计算机——这是世界上最早期的计算机之一。

Ozeri教授表示相关研究中遇到最大的挑战之一，是量子计算机对环境噪音极度敏感，阻碍了大型、复杂的计算机系统构建。目前，团队已应用两项创新技术来解决这一问题。

基于离子阱的量子位可以在不同状态间切换，这一过程依靠激光完成。此类基于量子位的操作被称为逻辑门。复杂计算需要涉及多个量子门，但这种操作对环境噪声十分敏感，即使是很细微的环境噪声也会导致系统失去量子特性。为了防止这种情况，团队开发了一种激光脉冲模式，可以保持逻辑门的鲁棒性与稳定性。

光学器件需要产生激光脉冲来控制被捕获的离子，图片来自Freddy Pizanti

此外，量子纠错也是重要步骤之一，这需要测量量子位。但测量会不可避免地导致系统失去某些量子特性。一般的解决方法是只测量部分的量子位。在离子阱量子计算机中，测量量子位一般是通过照射离子产生的光散射，来确定量子位的状态。

该团队则采用基于相机阵列的方法，同时检测所有量子位，取代了捕捉单个离子状态的光探测器。为了保护系统的量子特性，他们对相机隐藏了一些量子位。同时，团队还开发了一种方法，通过增加电子电路，快速读取和处理相机获取的信息，加快纠错速度，解决了与相机阵列相关的数据处理慢的问题。