IBM量子计算路线图发布 2023年推出1121量子位处理器

摘要:

2019 年 9 月 18 日,IBM 在纽约举行了新量子计算中心开幕仪式,并推出全球首台 53 位量子计算机。2020 年 9 月 15 日,恰好过去一年,IBM 宣布了其量子计算技术路线图,而这也是其首次公布未来量子计算硬件的规划。

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IBM 表示,正朝着在 2023 年年底前研制出超过 1000 位的量子处理器的目标努力,有朝一日还将推出超过一百万位的处理器。

量子计算机的核心

1969 年,人类克服了前所未有的技术阻碍,首次登上月球、创造历史。时至今日,人类却依旧无法自如地用计算机精确捕捉浩渺宇宙中最为精细的部分。

正如 IBM 所说:

如果把思维局限于我们所知道的计算世界中,建造一个能真正捕捉原子运动的装置,用以解决我们这个时代最具挑战性的问题,几乎是天方夜谭。

但正如登月一般,研究人员的一个宏大目标是:造出一台能够超越传统计算机的大型量子计算机。

本质上讲,所谓量子计算就是将量子力学和计算理论结合,充分利用量子的叠加、纠缠、干涉等特性,展现出强大的计算能力。

而研制量子计算机,核心就是量子级计算机处理器,它能够帮助量子计算机进行高速运算、处理量子信息。

具体来讲,量子处理器依靠基本粒子的数学运算来扩展计算能力,运行的电路为量子电路,并非数字计算机的逻辑电路。用人造原子的电子量子态来表示数据,被称为超导跨子量子位(superconducting transmon qubits),这些量子位通过微波脉冲序列连接和操纵,以便运行量子电路。

但存在一个问题,由于与外界的相互作用,量子位很快就会忘记它们的量子态。

对此,IBM 表示:

我们团队当前面临的最大挑战是,如何在错误率较低的前提下,在足够长的时间内控制这些量子位系统,从而保证未来量子应用所需的复杂量子电路能够正常运行。

三年后推出 1121 量子位处理器

基于上述目标与挑战,IBM 向外公开了其量子计算技术路线图。

目前,IBM 量子处理器已达到 65 位。

据 IBM 称,就在本月,量子团队向 IBM Q Network 成员发布了 65 位处理器,即“IBM量子蜂鸟”(IBM Quantum Hummingbird)。基于该处理器,8 个量子位的读出信号可以合并成一个,读出所需的布线、组件总量因而减少。

IBM 未来的大致计划如下:

  • 2021 年推出 127 位 IBM 量子鹰处理器( IBM Quantum Eagle)

  • 2022 年推出 433 位 IBM 量子鱼鹰处理器(IBM Quantum Osprey )

  • 2023 年推出 1121 位 IBM 量子秃鹰处理器( IBM Quantum Condor)

  • 未来将推出超过一百万位的处理器

值得一提的是,2023 年将推出的 IBM 量子秃鹰处理器将在前几代处理器的基础之上继续降低关键的两个量子位误差,以便更好地运行量子电路。

按照 IBM 的说法:

IBM 量子秃鹰处理器既是一个转折点,也是一个里程碑。这款处理器标志着我们有能力进行纠错、有能力扩大量子设备规模。同时它也足够复杂,能够探索潜在的量子优势,量子计算机将比全球最先进的超算更为有效地解决问题。

据介绍,IBM 团队目前正在:

  • 开发一套可扩展的、更为大型的、性能更加的处理器;

  • 开发一种用于存放更大型处理器的容器“稀释冷却箱”(dilution refrigerator),这一冷却箱 10 英尺高、6 英尺宽;

  • 开发一种将多个单元连接起来的技术,类似于芯片中的多核架构。

  • 设计一台通过云部署的全堆栈量子计算机,任何人都可以编程。

IBM 的一个最终设想是:将量子互联连接稀释冷却箱,每个冷却箱都有一百万个量子位,就像内联网连接超级计算处理器一样,创造出一个能够改变世界的大规模并行量子计算机。

量子计算会带来怎样的革新?

虽然量子计算还处于初级发展阶段,但包括 IBM 在内的众多巨头早就开始了探索。

早在本世纪 10 年代,IBM 就通过增加相干时间、减少误差,实现了多量子位计算机。而 IBM 的一个目标是:让量子计算机的性能每年至少翻一番。

2016 年,通过从量子位到编译器、再到系统各层次的不断改进,IBM 推出了 5 位量子计算机。

2017 年,IBM 取得重大进展,20 位的量子计算机问世,同时 IBM 还构建了 50 位量子计算机原理样机。同年,IBM 签署了包括公司、学术机构和国家研究实验室在内的众多 IBM Q 网络合作伙伴,旨在建立一个量子计算生态系统。

2019 年年初举行的 CES 上,IBM 推出了 IBM Q System One,即全球首个专为科学和商业用途设计的集成通用近似量子计算系统。

2019 年 9 月 18 日,IBM 举行了新量子计算中心开幕仪式,新中心配备了 5 台 20 位量子计算机。不久后,IBM 还推出第一台 53 位量子计算机,这也是当时可供外部使用的最大通用量子计算机。

今年 5 月有外媒报道称,拥有雄厚资金和技术实力的 IBM 已经拥有了 18 台量子计算机。

当前巨头之间的量子计算竞争不断加速,但量子计算仍面临着巨大挑战,量子计算未来将会带来怎样的革新,我们拭目以待。

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