IBM量子處理器將突破1000位 IBM仍在穩(wěn)步增加其量子比特數(shù)

IBM 的 CONDOR 是世界上第一臺擁有超過 1,000 個量子比特的通用量子計算機，它將于 2023 年首次亮相。

預計這一年 IBM 還將推出 Heron，這是該公司表示可能對其有所幫助的新型模塊化量子處理器群中的第一個到 2025 年生產(chǎn)出超過 4,000 個量子比特的量子計算機。

雖然從理論上講，量子計算機可以快速找到經(jīng)典計算機需要花費億萬年才能解決的問題的答案，但今天的量子硬件仍然缺乏量子比特，限制了它的實用性。

量子計算所需的糾纏和其他量子態(tài)非常脆弱，容易受到熱和其他干擾的影響，這使得擴大量子比特的數(shù)量成為一項巨大的技術挑戰(zhàn)。

盡管如此，IBM 仍在穩(wěn)步增加其量子比特數(shù)。

2016 年，它把第一臺量子計算機放在云端，任何人都可以進行實驗——一臺有 5 個量子比特的設備，每個量子比特都是冷卻到接近絕對零的超導電路。2019年，公司打造了27量子比特的Falcon;

2020 年，65 量子位蜂鳥;2021 年，127 量子位的Eagle，第一個超過 100 量子位的量子處理器;以及 2022 年的 433 量子位Osprey。

BM 預計在未來幾年內(nèi)構建越來越復雜的量子計算機，首先是那些使用 Condor 處理器或并行使用多個 Heron 處理器的計算機。

其他量子計算機的量子位比 IBM 的 1,121 量子位 Condor 處理器多——例如，D-Wave Systems 在 2020 年推出了一個5,000 量子位的系統(tǒng)。

但 D-Wave 的計算機是解決優(yōu)化問題的專用機器，而 Condor 將是世界上最大的通用量子處理器。

“就我們真正可以集成的內(nèi)容而言，一千個量子比特確實突破了極限，” IBM 量子基礎設施總監(jiān)Jerry Chow說。

研究人員表示，通過將讀出和控制所需的電線和其他組件分離到它們自己的層上(一種從 Eagle 開始的策略)，他們可以更好地保護量子比特免受干擾并整合更多數(shù)量的量子比特。

“當我們向上擴展時，我們正在學習設計規(guī)則，比如‘這可以超越這個;這不能解決這個問題;這個空間可以用于這個任務，'”Chow 說。

IBM 計劃在 2023 年推出的另一款量子處理器 Heron 只有 133 個量子位，與 Condor 相比可能顯得微不足道。

但 IBM 表示，其升級的架構和模塊化設計預示著開發(fā)強大的量子計算機的新戰(zhàn)略。Condor 使用固定耦合架構來連接其量子位，而 Heron 將使用可調(diào)耦合架構，在承載量子位的超導環(huán)路之間添加約瑟夫森結。

這種策略減少了量子位之間的串擾，提高了處理速度并減少了錯誤。(谷歌已經(jīng)在其 53 量子位Sycamore處理器中使用了這樣的架構。)

此外，Heron 處理器專為彼此之間的實時經(jīng)典通信而設計。這些鏈接的經(jīng)典性質(zhì)意味著它們的量子位不能糾纏在 Heron 芯片上，以實現(xiàn)量子處理器眾所周知的計算能力提升。

盡管如此，這些經(jīng)典鏈接仍使“電路編織”技術成為可能，在這種技術中，量子計算機可以從經(jīng)典計算機獲得幫助。

例如，使用一種稱為“糾纏鍛造”的技術，IBM 研究人員發(fā)現(xiàn)他們可以模擬量子系統(tǒng)，例如使用通常需要的一半量子位的分子。

這種方法將量子系統(tǒng)分成兩半，在量子計算機上分別對每一半建模，然后使用經(jīng)典計算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(jīng)典鏈接很有用，但 IBM 最終打算取代它們。

該公司的目標是在 2024 年推出 Crossbill，一種由三個微芯片通過短程量子通信鏈路耦合在一起制成的 408 量子位處理器，以及 Flamingo，它計劃通過大約 1 米長的量子通信連接在一起的 462 量子位模塊鏈接到一個 1,386 量子比特的系統(tǒng)中。如果這些連接性實驗取得成功，IBM 的目標是在 2025 年推出其 1,386 量子位的 Kookaburra 模塊，短程和遠程量子通信鏈路將三個此類模塊組合成一個 4,158 量子位的系統(tǒng)。

日本理研研究所 理論量子物理實驗室的 首席科學家 Franco Nori 說，IBM 的有條不紊的戰(zhàn)略“旨在逐步改進是非常合理的，從長遠來看它可能會取得成功” 。

IBM 在軟件領域的飛躍

2023 年，IBM 還計劃改進其核心軟件，以幫助開發(fā)人員在云端統(tǒng)一使用量子計算和經(jīng)典計算。“我們正在為以量子為中心的超級計算機的外觀奠定基礎，”Chow 說。

“我們不認為量子處理器是完全集成的，而是松散聚合的。” 他解釋說，這種框架將提供適應量子硬件和軟件可能經(jīng)歷的不斷升級所需的靈活性。

2023 年，IBM 計劃開始對量子軟件應用程序進行原型設計。到 2025 年，該公司希望在機器學習、優(yōu)化問題、自然科學等領域引入此類應用。

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。這些方案將量子數(shù)據(jù)分布在冗余量子位上，每個有用的邏輯量子位需要多個物理量子位。

相反，IBM 計劃從 2024 年開始將錯誤緩解方案納入其平臺，以從源頭上防止這些錯誤。

但即使爭論錯誤最終需要更多的量子比特，IBM 也應該在其 1,121 量子比特的 Condor 等產(chǎn)品中處于有利地位。

來源：快科技

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