近日，以色列自主建造的首臺量子計算機面世，由魏茨曼科學研究所開發。

2月中旬，以色列創新署(IIA)和國防部宣布，將投資約6220萬美元開發本國第一臺量子計算機，用于學術界、高科技產業和安全機構的研發工作。以色列希望借此奠定量子技術基礎，構建獨立自主的量子計算能力。

前述宣布僅一個多月后，魏茨曼科學研究所Roee Ozeri教授就帶領團隊，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，大致相當于IBM公司最初提供量子計算云服務時的研發水平。相關成果發表于美國物理學會期刊《物理學評論X輯-量子》(PRX Quantum)。

魏茨曼科學研究所開發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。量子計算機有望達到最強大的經典計算機也無法企及的復雜計算程度，這被稱為“量子優勢”。由于量子計算機遵循量子力學定律，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出現。這使得量子計算機能夠并行計算，實現強大的計算能力。量子計算還將帶來一系列應用，從開發無法破解的密碼、預測市場波動，到加速新藥、材料和人工智能系統的開發。

目前為止，僅有谷歌和中國科學技術大學兩個團隊的量子計算機能夠實現“量子優勢”。

對此，魏茨曼科學研究所正在開發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“量子優勢”。團隊計劃將其命名為WeizQC，以紀念魏茨曼科學研究所在1955年建造的WEIZAC計算機——這是世界上最早期的計算機之一。

Ozeri教授表示相關研究中遇到最大的挑戰之一，是量子計算機對環境噪音極度敏感，阻礙了大型、復雜的計算機系統構建。目前，團隊已應用兩項創新技術來解決這一問題。

基于離子阱的量子位可以在不同狀態間切換，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。復雜計算需要涉及多個量子門，但這種操作對環境噪聲十分敏感，即使是很細微的環境噪聲也會導致系統失去量子特性。為了防止這種情況，團隊開發了一種激光脈沖模式，可以保持邏輯門的魯棒性與穩定性。

光學器件需要產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致系統失去某些量子特性。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生的光散射，來確定量子位的狀態。

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的光探測器。為了保護系統的量子特性，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的數據處理慢的問題。

澎湃新聞記者 王蕙蓉