實現量子計算的路線有很多種，目前主流的主要是超導量子計算和離子阱量子計算，因為以上兩者在系統指標上最好、技術成熟度也最高，至少在短期內有希望投入商業使用中。除了這兩種之外還有中性原子、半導體和光電等方案。而離子阱技術相對“人造原子”的超導量子比特來說，相干時間最長，而且在邏輯門運算的保真度上可以做到很高，這對于目前追求計算準確性的量子計算機來說是至關重要的。

離子阱技術的原理就是利用電磁場將離子限制在自由空間中，量子比特就存儲在每個離子的穩定電子狀態中，并通過離子間的集體量子化運動來共享量子信息。從量子處理單元的開發商來看，比較大的幾家都選擇了超導的方案，連亞馬遜、谷歌與阿里巴巴也都義無反顧地選擇開發超導量子計算機。而反觀離子阱這邊，混得最好的也只有上市的IonQ，此次我們從幾家選擇了離子阱方案的廠商出發，來一窺這條路線是否真的值得探索。

Quantinuum

2021年，劍橋量子公司與霍尼韋爾的量子解決方案部門合并，成立了全新的獨立公司Quantinuum開發離子阱量子計算機。雖然是獨立的公司，霍尼韋爾依然是最大的股東，占了50%以上的股份，并由霍尼韋爾自己的晶圓廠來制造離子阱。此前霍尼韋爾自己于2020年推出的10量子比特量子計算機H1-1，也歸Quantinuum所有。合并的同年，Quantinuum發布了配置一樣的第二代H1量子計算機H1-2，并對該系列量子計算機進行了升級，可使用12個量子位的操作。

近日，Quantinuum對H1-1再度進行了升級，完全互聯的量子位從12個提升至20個，可照做的門區也從3個提升至5個，使得H1-1能夠同時完成更多的量子操作，并進一步提高了電路執行中的并行化。Quantinuum表示，今年年末，他們也將對H1-2進行同樣的升級。
對于遠程進行量子計算開發的用戶，Quantinuum也方便地給到了云方案，用戶可以通過微軟的Azure，建立量子工作區來訂閱Quantinuum的H1-1系統的使用。不過這個開發價格確實不是普通個人用戶能夠承擔的，因為即便是基礎訂閱，用戶也要繳納12.5萬美元每月/的費用，高級訂閱每月要花17.5萬美元，還只能排隊和按額度使用。可考慮到現有的量子計算機數量極其有限，有如此高的定價也很正常。

在Quantinuum的開發路線圖中，他們計劃將H系列的量子位每5年增加一個數量級，離子阱的架構也將從H1的線性架構，慢慢演化為H2的跑道架構再到H3的網狀架構，并在H4中集成光電器件，最后在H5上實現大規模離子阱量子計算系統。

可以看出，至少在增加量子比特位數上，Quantinuum已經有了很清晰的路線，不過H1定下的目標是做到40量子比特，在實現這個目標前，我們還不好判斷離子阱在擴展上是否瓶頸已經開始顯現。

Oxford Ionics

另一個選擇了離子阱方案的公司是由牛津大學2019年孵化出的Oxford Ionics（牛津離子）公司，他們的愿景是將量子計算從實驗室研究階段進化到實際的產業解決方案。不過迄今為止，除了已經融資近千萬美元外，這家量子計算公司并沒有任何實質的產品公布。

而近日半導體廠商英飛凌發布了一則新聞，稱其將與Oxford Ionics合作，一同開發高性能的離子阱量子處理器。這對于Oxford Ionics可以說有了生產制造上的支持，畢竟考慮到上面的Quantinuum，打造離子阱處理器也只是用到了霍尼韋爾150nm的工藝，而反觀英飛凌在工藝上的先進程度要更高一些，其量子處理器的生產制造也主要在奧地利的晶圓廠，可以處理6英寸/12英寸的晶圓。

更重要的是，英飛凌已經有了現成的離子阱擴展技術方案，比如低溫電子元件。上文簡要說明離子阱原理時，我們提到了是利用電磁場來固定離子的，而在進一步增加量子比特數時，需要用到更多的電極來捕捉和移動離子，所以生成電壓的位置要盡可能地接近離子阱，同時要能精確控制電極，這就需要集成DAC等器件來完成控制，但它們與這些離子一樣，得處于10K左右的極低溫下才能控制噪聲，而如何保證這些元件的正常工作才是提高量子比特數的瓶頸所在。

根據Oxford Ionics公開的一些信息來看，他們實現量子計算的思路是利用12英寸的晶圓制造數百萬個5mmx5mm的量子位芯片，再打造成一個高集成度的量子處理單元。第一批設備預計將于今年推出云開發，但真正的高性能設備以及計算集群則計劃2年之后推出。

結語

從量子計算的賽道來看，無論哪種方案都代表了這家公司的技術儲備和業務方向所在，比如像亞馬遜、谷歌和阿里巴巴就選擇了超導，利用參數靈活度更高的超導量子比特來完成量子計算。而Oxford Ionics等初創公司則選擇了物理布線工藝難度更小、量子比特制備更容易的離子阱，這樣更容易快速開展業務。

現在敲定哪種技術能夠成為最后贏家還言之尚早，就連上文提到的英飛凌，其實也在其他量子計算路線上有所布局。況且就連與量子計算相關的光電器件、量子算法和IDE都在摸索階段，無論哪種方案都在朝著更多量子比特數的方向發展，當量子計算機紛紛量產普及并逼近千比特，屆時再來華山論劍也不遲。