2019 年 9 月 18 日,,IBM 在紐約舉行了新量子計(jì)算中心開幕儀式,并推出全球首臺(tái) 53 位量子計(jì)算機(jī),。
2020 年 9 月 15 日,,恰好過去一年,IBM 宣布了其量子計(jì)算技術(shù)路線圖,,而這也是其首次公布未來量子計(jì)算硬件的規(guī)劃,。
IBM 表示,正朝著在 2023 年年底前研制出超過 1000 位的量子處理器的目標(biāo)努力,,有朝一日還將推出超過一百萬位的處理器,。
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量子計(jì)算機(jī)的核心
1969 年,人類克服了前所未有的技術(shù)阻礙,,首次登上月球,、創(chuàng)造歷史。時(shí)至今日,,人類卻依舊無法自如地用計(jì)算機(jī)精確捕捉浩渺宇宙中最為精細(xì)的部分,。
正如 IBM 所說:
如果把思維局限于我們所知道的計(jì)算世界中,建造一個(gè)能真正捕捉原子運(yùn)動(dòng)的裝置,,用以解決我們這個(gè)時(shí)代最具挑戰(zhàn)性的問題,,幾乎是天方夜譚。
但正如登月一般,,研究人員的一個(gè)宏大目標(biāo)是:造出一臺(tái)能夠超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的大型量子計(jì)算機(jī),。
本質(zhì)上講,所謂量子計(jì)算就是將量子力學(xué)和計(jì)算理論結(jié)合,,充分利用量子的疊加,、糾纏、干涉等特性,,展現(xiàn)出強(qiáng)大的計(jì)算能力,。
而研制量子計(jì)算機(jī),核心就是量子級(jí)計(jì)算機(jī)處理器,,它能夠幫助量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行高速運(yùn)算,、處理量子信息。
具體來講,,量子處理器依靠基本粒子的數(shù)學(xué)運(yùn)算來擴(kuò)展計(jì)算能力,,運(yùn)行的電路為量子電路,并非數(shù)字計(jì)算機(jī)的邏輯電路,。用人造原子的電子量子態(tài)來表示數(shù)據(jù),,被稱為超導(dǎo)跨子量子位(superconducting transmon qubits),這些量子位通過微波脈沖序列連接和操縱,以便運(yùn)行量子電路,。
但存在一個(gè)問題,,由于與外界的相互作用,量子位很快就會(huì)忘記它們的量子態(tài),。
對(duì)此,,IBM 表示:
我們團(tuán)隊(duì)當(dāng)前面臨的最大挑戰(zhàn)是,如何在錯(cuò)誤率較低的前提下,,在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)控制這些量子位系統(tǒng),,從而保證未來量子應(yīng)用所需的復(fù)雜量子電路能夠正常運(yùn)行。
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三年后推出 1121 量子位處理器
基于上述目標(biāo)與挑戰(zhàn),,IBM 向外公開了其量子計(jì)算技術(shù)路線圖,。
目前,IBM 量子處理器已達(dá)到 65 位,。
據(jù) IBM 稱,,就在本月,量子團(tuán)隊(duì)向 IBM Q Network 成員發(fā)布了 65 位處理器,,即「IBM量子蜂鳥」(IBM Quantum Hummingbird),。基于該處理器,,8 個(gè)量子位的讀出信號(hào)可以合并成一個(gè),,讀出所需的布線、組件總量因而減少,。
IBM 未來的大致計(jì)劃如下:
2021 年推出 127 位 IBM 量子鷹處理器( IBM Quantum Eagle)
2022 年推出 433 位 IBM 量子魚鷹處理器(IBM Quantum Osprey )
2023 年推出 1121 位 IBM 量子禿鷹處理器( IBM Quantum Condor)
未來將推出超過一百萬位的處理器
值得一提的是,,2023 年將推出的 IBM 量子禿鷹處理器將在前幾代處理器的基礎(chǔ)之上繼續(xù)降低關(guān)鍵的兩個(gè)量子位誤差,以便更好地運(yùn)行量子電路,。
按照 IBM 的說法:
IBM 量子禿鷹處理器既是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),,也是一個(gè)里程碑。這款處理器標(biāo)志著我們有能力進(jìn)行糾錯(cuò),、有能力擴(kuò)大量子設(shè)備規(guī)模,。同時(shí)它也足夠復(fù)雜,能夠探索潛在的量子優(yōu)勢(shì),,量子計(jì)算機(jī)將比全球最先進(jìn)的超算更為有效地解決問題,。
據(jù)介紹,IBM 團(tuán)隊(duì)目前正在:
開發(fā)一套可擴(kuò)展的,、更為大型的,、性能更加的處理器;
開發(fā)一種用于存放更大型處理器的容器「稀釋冷卻箱」(dilution refrigerator),,這一冷卻箱 10 英尺高,、6 英尺寬;
開發(fā)一種將多個(gè)單元連接起來的技術(shù),,類似于芯片中的多核架構(gòu),。
設(shè)計(jì)一臺(tái)通過云部署的全堆棧量子計(jì)算機(jī),任何人都可以編程,。
IBM 的一個(gè)最終設(shè)想是:將量子互聯(lián)連接稀釋冷卻箱,,每個(gè)冷卻箱都有一百萬個(gè)量子位,就像內(nèi)聯(lián)網(wǎng)連接超級(jí)計(jì)算處理器一樣,,創(chuàng)造出一個(gè)能夠改變世界的大規(guī)模并行量子計(jì)算機(jī),。
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量子計(jì)算會(huì)帶來怎樣的革新?
雖然量子計(jì)算還處于初級(jí)發(fā)展階段,,但包括 IBM 在內(nèi)的眾多巨頭早就開始了探索,。
早在本世紀(jì) 10 年代,IBM 就通過增加相干時(shí)間,、減少誤差,,實(shí)現(xiàn)了多量子位計(jì)算機(jī)。而 IBM 的一個(gè)目標(biāo)是:讓量子計(jì)算機(jī)的性能每年至少翻一番,。
2016 年,,通過從量子位到編譯器、再到系統(tǒng)各層次的不斷改進(jìn),,IBM 推出了 5 位量子計(jì)算機(jī),。
2017 年,IBM 取得重大進(jìn)展,,20 位的量子計(jì)算機(jī)問世,,同時(shí) IBM 還構(gòu)建了 50 位量子計(jì)算機(jī)原理樣機(jī)。同年,,IBM 簽署了包括公司,、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和國(guó)家研究實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的眾多 IBM Q 網(wǎng)絡(luò)合作伙伴,旨在建立一個(gè)量子計(jì)算生態(tài)系統(tǒng),。
2019 年年初舉行的 CES 上,,IBM 推出了 IBM Q System One,即全球首個(gè)專為科學(xué)和商業(yè)用途設(shè)計(jì)的集成通用近似量子計(jì)算系統(tǒng),。
2019 年 9 月 18 日,,IBM 舉行了新量子計(jì)算中心開幕儀式,新中心配備了 5 臺(tái) 20 位量子計(jì)算機(jī),。不久后,,IBM 還推出第一臺(tái) 53 位量子計(jì)算機(jī),這也是當(dāng)時(shí)可供外部使用的最大通用量子計(jì)算機(jī),。
今年 5 月有外媒報(bào)道稱,,擁有雄厚資金和技術(shù)實(shí)力的 IBM 已經(jīng)擁有了 18 臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。
當(dāng)前巨頭之間的量子計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)不斷加速,但量子計(jì)算仍面臨著巨大挑戰(zhàn),,量子計(jì)算未來將會(huì)帶來怎樣的革新,,我們拭目以待。