該公司的量子技術將在2023年突破1000量子比特大關。 IBM的Condor是世界上第一臺突破1000量子比特的通用量子計算機，將于2023年首次亮相。預計今年IBM還將推出Heron，這是第一款新型模塊化量子處理器，該公司表示，這款處理器可能有助于其在2025年前生產出擁有4000多量子比特的量子計算機。雖然針對經典計算機需要億萬年才能解決的問題，理論上量子計算機可快速找到答案，但今天的量子硬件的量子比特仍然不足，這限制了它的實用性。量子計算所需的糾纏和其他量子態非常脆弱，易受熱量和其他干擾的影響，這使得增加量子比特的數量成為一個巨大的技術挑戰。盡管如此，IBM還是穩步增加了其量子比特數量。2016年，該公司將第一臺量子計算機放在云端，任何人都可用它做實驗。這臺設備有5個量子比特，每個量子比特都是冷卻到接近絕對零度的超導電路。2019年，該公司制造了27量子比特的Falcon；2020年，打造了65量子比特的Hummingbird；2021年，推出了127量子比特的Eagle，這是第一款超過100量子比特的量子處理器；2022年，制造了433量子比特的Osprey。其他量子計算機比IBM Condor處理器的1121量子比特還要多，例如，D-Wave Systems在2020年推出了一個5000量子比特的系統。但是D-Wave的計算機專門用于解決優化問題，而Condor將是世界上最大的通用量子處理器。IBM量子基礎設施總監杰瑞?周（Jerry Chow）說：“1000量子比特真的挑戰了我們能夠真正集成的極限。”研究人員表示，將讀取和控制所需的線路和其他組件分離到其自己的層上（一種從Eagle開始應用的策略），可以更好地保護量子比特免受破壞，并整合更多的量子比特?！拔覀儠贿呄蛏蠑U展，一邊學習設計規則，比如‘這個可以越過這個；這個不能越過這個；這個空間可以用來完成這項任務。’”周說。IBM計劃在2023年推出的另一款量子處理器Heron只有133量子比特，與Condor相比可能微不足道。但IBM表示，其升級架構和模塊化設計預示著一種開發強大量子計算機的新策略。Condor使用固定耦合架構來連接量子比特，而Heron將使用可調耦合架構，在承載量子比特的超導環路之間增加約瑟夫森結。這種策略能夠減少量子比特之間的串擾，提高處理速度，并減少錯誤。(谷歌已在其53量子比特的Sycamore處理器中使用了這樣的架構。)此外，Heron處理器專為相互之間的實時經典通信而設計。這些鏈路的經典性質意味著它們的量子比特不能在Heron芯片上糾纏，無法以此實現眾所周知的量子處理器計算能力的提升。不過，這些經典鏈路使“電路編織”技術成為可能，在這方面，量子計算機可以從經典計算機中獲得幫助。例如，IBM研究人員發現，使用一種名為“糾纏鍛造”的技術，僅用通常所需量子比特的一半便可以模擬量子系統（例如分子）。這種方法將量子系統分成了兩半，在量子計算機上分別建模，然后使用經典計算來計算兩半之間的糾纏，并將模型編織在一起。雖然處理器之間的這些經典鏈路很有幫助，但IBM打算最終取代它們。該公司計劃在2024年推出Crossbill和Flamingo，前者是一款408量子比特處理器，通過短程量子通信鏈路將3塊微芯片耦合在一起，后者是一款462量子比特模塊，計劃通過大約1米長的量子通信鏈路合成一個1386量子比特系統。如果這些連接實驗取得成功，IBM計劃在2025年推出1386量子比特的Kookaburra模塊，使用短程和遠程量子通信鏈路將3個這樣的模塊結合成一個4158量子比特的系統。日本理化學研究所理論量子物理實驗室（Theoretical Quantum Physics Laboratory）的首席科學家弗蘭克?諾雷（Franco Nori）說，IBM“旨在逐步改進的策略是非常合理的，而且從長遠來看很可能會成功”。2023年，IBM還計劃改進其核心軟件，幫助開發人員在云端統一使用量子計算和經典計算?！拔覀冋跒橐粤孔訛橹行牡某売嬎銠C奠定基礎?！敝苷f，“我們認為量子處理器不是完全集成的，而是松散聚合的?！彼忉尩?，這種框架將具備靈活性，能適應量子軟硬件可能經歷的不斷升級。2023年，IBM計劃開始開發量子軟件應用的原型。到2025年，該公司希望將此類應用引入機器學習、優化問題、自然科學等領域。研究人員希望最終使用量子糾錯來彌補量子處理器容易犯的錯誤。這些方案能夠將量子數據分散在冗余量子比特中，每個有用的邏輯量子比特都需要多個物理量子比特。相反，IBM計劃從2024年開始將錯誤緩解方案引入平臺，從源頭防止這些錯誤。但是，即使針對如何解決錯誤的爭論最終以需要更多的量子比特而結束，IBM應該也能夠憑借1121量子比特的Condor等產品處于有利地位。作者：Charles Q.ChoiIEEE Spectrum《科技縱覽》官方微信公眾平臺往期推薦一種新的量子糾纏百度和吉利將大規模生產自動駕駛電動汽車“量子安全”加密解密遭到10年前的電腦攻擊 查看全文
