智東西（公眾號(hào)：zhidxcom）
編譯?|? 程茜
編輯 |? 李水青
智東西11月16日消息，本周一，IBM公司表示，其新型Eagle計(jì)算芯片可以將127個(gè)量子位串聯(lián)在一起，并創(chuàng)造出世界上最大的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，其規(guī)模超過(guò)了谷歌和中國(guó)目前生產(chǎn)的最先進(jìn)機(jī)器。
其高管認(rèn)為，該芯片將使量子計(jì)算機(jī)在未來(lái)兩年內(nèi)在某些任務(wù)上開(kāi)始超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。
IBM還介紹了量子系統(tǒng)Quantum System 2，該系統(tǒng)將與超過(guò)1000個(gè)量子位的處理器配合使用。
但目前IBM還未公布除量子比特?cái)?shù)以外的信息來(lái)證明其新處理器的性能，眾多專家表示對(duì)該處理器持保留意見(jiàn)。
一、127量子位處理器，領(lǐng)先世界先進(jìn)水平一倍？
世界各地的團(tuán)隊(duì)正在尋求幾種方法來(lái)創(chuàng)建實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)，包括超導(dǎo)體和糾纏光子，目前尚不清楚哪種方法將成為推動(dòng)經(jīng)典計(jì)算革命的晶體管。
超導(dǎo)體和糾纏光子的量子比特實(shí)現(xiàn)方式不一樣，糾纏光子主要以光子的偏振自由度，角動(dòng)量等為量子比特，超導(dǎo)基于約瑟夫森結(jié)作為量子比特。目前，相比于糾纏光子，超導(dǎo)方案的擴(kuò)展性較好。
2019年，谷歌宣布其Sycamore處理器采用與IBM合作的相同超導(dǎo)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán)，使用量子計(jì)算機(jī)解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問(wèn)題。該處理器使用了54個(gè)量子位，但此后被中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)（USTC）的祖沖之超導(dǎo)處理器的56和60量子位演示所超越。
在糾纏光子領(lǐng)域，美國(guó)史蒂文斯理工學(xué)院的研究人員創(chuàng)造了一種基于芯片的光子源，其效率是以前的100倍，這使大規(guī)模量子設(shè)備集成變得觸手可及。
去年，IBM概述了其硬件和軟件路線圖。預(yù)計(jì)到2025年，IBM將推出無(wú)摩擦量子計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算的廣泛應(yīng)用。IBM還預(yù)計(jì)，隨著時(shí)間的推移，量子將成為其業(yè)務(wù)的重要組成部分，以構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)。
以前的設(shè)備可以串聯(lián)多達(dá)60個(gè)超導(dǎo)量子位或量子位，它們可以協(xié)同工作來(lái)解決問(wèn)題。但I(xiàn)BM表示，其新型Eagle計(jì)算芯片將127個(gè)量子位串聯(lián)在一起，使這個(gè)數(shù)量增加了一倍多。Eagle利用新技術(shù)將控制組件置于多個(gè)物理層，同時(shí)將量子位保持在單個(gè)層上。
IBM首席量子指數(shù)負(fù)責(zé)人Bob Sutor表示，Eagle代表著向擴(kuò)展量子計(jì)算邁出的一大步，并且是該公司第一個(gè)包含100多個(gè)量子位的處理器。“Eagle是我們所處位置的關(guān)鍵點(diǎn)，一切都在正軌上。”蘇托說(shuō)。
迄今為止，IBM已部署了大約50個(gè)量子系統(tǒng)，其中大約20個(gè)可通過(guò)云使用。除美國(guó)外，IBM還安裝了兩個(gè)量子系統(tǒng)。
Eagle是在IBM紐約制造工廠生產(chǎn)的，但Sutor指出，其產(chǎn)量并不高。因此該處理器目前只能只用在IBM自己的系統(tǒng)中?！坝捎诹孔游坏男再|(zhì)以及它們需要如何協(xié)同工作，構(gòu)建量子處理器要復(fù)雜得多?！盨utor補(bǔ)充說(shuō)。
在一篇博客文章中，IBM概述了Eagle的架構(gòu)：“我們必須結(jié)合和改進(jìn)在前幾代IBM量子處理器中開(kāi)發(fā)的技術(shù)，以開(kāi)發(fā)包括先進(jìn)3D封裝技術(shù)在內(nèi)的處理器架構(gòu)，我們相信它可以構(gòu)成處理器的支柱，包括我們計(jì)劃制造的1000+量子位Condor處理器?！?/p>
“Eagle是基于我們的Falcon處理器首次亮相的重六邊形量子位布局，其中量子位與兩個(gè)或三個(gè)相鄰的量子位連接，這種特殊的連接性降低了由相鄰量子位之間的相互作用引起的錯(cuò)誤的可能性，顯著提高了處理器的產(chǎn)量?！?/p>
Eagle 3D封裝架構(gòu)的結(jié)果是可以使用更多可用的量子位。Sutor補(bǔ)充說(shuō)，但在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上無(wú)法完全模擬Eagle。
Eagle將在12月提供給IBM Quantum Network的部分成員。
二、明年推出1121個(gè)量子位的芯片，量子計(jì)算機(jī)拐點(diǎn)將至
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只能同時(shí)計(jì)算1或0，但量子位可以同時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用1和0的疊加態(tài)。量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度將比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快得多，但量子位極其難以構(gòu)建，并且需要放置在巨大的低溫冰箱中才能正常運(yùn)行。
IBM表示，其新的Eagle芯片是第一個(gè)擁有超過(guò)100個(gè)量子比特的芯片。它在構(gòu)建芯片時(shí)學(xué)到的新技術(shù)可以將量子計(jì)算機(jī)制冷和控制系統(tǒng)相結(jié)合，最終將產(chǎn)生更多的量子比特。
IBM還表示，它計(jì)劃在2022年推出具有433個(gè)量子位的Osprey芯片和具有1121個(gè)量子位的Condor芯片，屆時(shí)它將接近所謂的“量子優(yōu)勢(shì)”，即量子計(jì)算機(jī)可以擊敗經(jīng)典計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)。
IBM高級(jí)副總裁兼研究部門(mén)負(fù)責(zé)人Darío Gil表示，這并不意味著量子計(jì)算機(jī)會(huì)一下子超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。相反，IBM所設(shè)想的是這樣一個(gè)世界：計(jì)算應(yīng)用程序的某些部分在傳統(tǒng)芯片上運(yùn)行，而某些部分在量子芯片上運(yùn)行，這取決于什么最適合特定任務(wù)。
“我們相信，在未來(lái)幾年內(nèi)，我們將能夠展示具有實(shí)用價(jià)值的量子優(yōu)勢(shì)，這是我們的追求?！盙il說(shuō)。
三、量子位數(shù)第一，其他細(xì)節(jié)尚未公開(kāi)
加拿大公司D-Wave Systems多年來(lái)一直在銷售由數(shù)千個(gè)量子位組成的機(jī)器，但它們被廣泛認(rèn)為是針對(duì)稱為量子計(jì)算的特定算法而不是完全可編程的量子計(jì)算機(jī)。近年來(lái)，量子計(jì)算的許多進(jìn)展都集中在超導(dǎo)量子位上，這是Google、USTC和IBM支持的主要技術(shù)之一。
Sutor表示：“打破100量子比特的障礙更多是心理上的，而不是物理上的，但這表明技術(shù)可以發(fā)展。有了Eagle，我們就證明了我們可以擴(kuò)展，我們可以開(kāi)始生成足夠的量子比特，從而走上一條擁有足夠計(jì)算能力來(lái)解決有趣問(wèn)題的道路。這是通往更大機(jī)器的墊腳石?！?/p>
但是，很難將IBM芯片的功能與以前的處理器進(jìn)行比較。谷歌和中國(guó)科技大學(xué)都使用了一種通用測(cè)試來(lái)評(píng)估此類芯片，即模擬量子電路并從其輸出中采樣隨機(jī)數(shù)。IBM聲稱已經(jīng)創(chuàng)造了一種更具可編程性和適應(yīng)性的處理器，但尚未發(fā)表一篇學(xué)術(shù)論文來(lái)闡述其性能或能力。
牛津大學(xué)的Peter Leek表示，如果完全根據(jù)量子比特?cái)?shù)來(lái)評(píng)估性能，那么Eagle的性能令人驚奇，但還有其他一些指標(biāo)需要考慮，Eagle尚未發(fā)布這些指標(biāo)。“這絕對(duì)是積極的，他們正在制造具有更多量子位的東西是件好事，但最終只有當(dāng)處理器性能非常好時(shí)它才會(huì)變得有用?！彼f(shuō)。
德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Scott Aaronson對(duì)現(xiàn)階段判斷新處理器的重要性也有類似的保留意見(jiàn)，稱需要更多細(xì)節(jié)?！拔蚁Ｍ@些信息即將到來(lái)。”他說(shuō)。
四、配套量子系統(tǒng)2023年啟動(dòng)，更加模塊化
本周一，IBM還預(yù)覽了其量子系統(tǒng)Quantum System 2，該系統(tǒng)將與超過(guò)1000個(gè)量子位的處理器配合使用。IBM Quantum System 2將更加模塊化，能夠在一個(gè)系統(tǒng)中容納和冷卻多個(gè)處理器。
這種Quantum System 2架構(gòu)使客戶能夠在不影響整個(gè)設(shè)置的情況下操作和測(cè)試系統(tǒng)的各個(gè)部分。IBM最新的量子系統(tǒng)將于2023年在IBM研究院?jiǎn)?dòng)并運(yùn)行。
關(guān)于Quantum System 2的模塊化，IBM表示：“有了這個(gè)系統(tǒng)，我們?yōu)橛布峁┝遂`活性，以繼續(xù)增加我們的芯片規(guī)模。研究團(tuán)隊(duì)正在采用整體系統(tǒng)方法來(lái)支持我們即將推出的Osprey和Condor處理器，還可以支持未來(lái)的量子處理器，因?yàn)槲覀儗⒗^續(xù)沿著硬件路線圖前進(jìn)。”
“Quantum System 2結(jié)合了新一代可擴(kuò)展的量子位控制電子設(shè)備以及更高密度的低溫組件和電纜。此外，我們正在與制冷機(jī)供應(yīng)商Bluefors Cryogenics合作，重新構(gòu)想低溫平臺(tái)。Bluefors的新Kide Cryogenic平臺(tái)及其六邊形的形狀優(yōu)化了冰箱內(nèi)部空間，以適應(yīng)更大處理器所需的更多硬件?！?/p>
Sutor沒(méi)有提供要部署的IBM Quantum System 2的數(shù)量目標(biāo)。Sutor樂(lè)觀地認(rèn)為IBM可以使用該系統(tǒng)來(lái)擴(kuò)大其覆蓋范圍。
“我們從其他人安裝和支持遠(yuǎn)程系統(tǒng)中學(xué)到了很多技術(shù)和方法。”Sutor說(shuō)，“這類似于美國(guó)宇航局必須指導(dǎo)太空中的宇航員進(jìn)行維修的方式?！?/p>
結(jié)語(yǔ)：量子計(jì)算領(lǐng)域記錄再刷新
IBM表示，127量子位Eagle處理器現(xiàn)在位居量子處理器榜首，成為將要展示的最大、理論上也是最強(qiáng)大的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。每增加一個(gè)量子位就代表著能力向前邁進(jìn)了一大步，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的功率會(huì)隨著它們的增長(zhǎng)而線性增加，而額外的一個(gè)量子位增加能夠使量子處理器的潛在功率增加一倍。
但I(xiàn)BM量子處理器的具體性能還需等待其公開(kāi)更多數(shù)據(jù)信息，才能更加有力地佐證這一技術(shù)的發(fā)展。
來(lái)源：路透社、ZDNet、NewScientist
