日本科研界近日宣布了一项重大突破：全球首台混合量子超级计算机已正式启用。这台结合了经典计算与量子计算优势的机器，由理化学研究所（Riken）携手Quantinuum公司共同打造，它将量子计算的潜力引入到了超级计算机的领域。
这台混合超级计算机的核心，是一台名为Reimei的量子计算机，它拥有20个量子比特。特别的是，Reimei采用的是囚禁离子技术，而非常见的超导量子比特技术。囚禁离子技术通过在电磁场中隔离带电原子或离子，并利用激光精确操控其量子态，这为量子信息的存储与处理提供了全新的途径。
Reimei已被成功集成到Fugaku超级计算机中，后者目前排名世界第六。这一混合平台的诞生，旨在解决那些传统计算难以在合理时间内完成的复杂问题。Quantinuum与Riken在联合声明中表示，Reimei将主要服务于物理和化学领域的尖端研究。
量子计算机以其超越经典计算机的潜力而备受瞩目。理论上，量子计算机能在几分钟或几秒钟内完成某些计算，而这些计算若由当今最强大的经典计算机执行，将耗时数百万年。然而，科学家们指出，在量子计算机达到足够规模和可靠性之前，将其功能融入超级计算机或许是一种可行的过渡方案。
与超导量子比特相比，囚禁离子量子比特具有独特的优势。它们能够建立更多的量子比特连接，并拥有更长的相干时间。尽管超导量子比特在门操作速度和芯片制造方面更为便捷，但囚禁离子技术在量子比特连接和稳定性方面展现出了非凡的潜力。
理化学研究所选择Quantinuum的量子计算机进行集成，很大程度上得益于其独特的“离子穿梭”架构。这一技术允许量子比特在电路中按需移动，从而支持更复杂算法的执行。Reimei还采用了先进的纠错技术，通过创建逻辑量子比特来提高量子计算的准确性。
逻辑量子比特是由多个物理量子比特组成的集合，它们在多个位置存储相同的信息。这种信息分布策略有助于分散故障点，即使某个量子比特发生故障，也不会中断整个计算过程。Quantinuum此前已在逻辑量子比特领域取得突破，其错误率比物理量子比特低了800倍。
尽管Reimei-Fugaku是全球首个全面运行的混合量子超级计算机系统，但类似的概念并非首次尝试。早在2024年6月，IQM公司就已将一台20量子比特的量子处理器集成到德国的SuperMUC-NG超级计算机中进行测试。然而，该系统目前仍处于测试阶段，尚未公布全面投入使用的具体时间。
IQM公司代表透露，他们计划在2025年下半年将一台54量子比特的系统集成到超级计算机中，并在2026年进一步升级到150量子比特芯片。这一系列的举措预示着量子计算与超级计算融合的未来趋势。
