IBM官宣發布量子技術路線，量子晶片正式成為全球晶片競爭主力

昨日（9月15日），IBM發布了擴展量子技術路線圖，該路線圖將帶領IBM到2023年實現超過1000量子比特的量子計算設備。

路線圖展示了IBM將在2021年實現127個量子比特，2022年實現433個量子比特，2023年實現1121個量子比特，而之後向百萬級量子比特邁入！

圖1 ｜IBM量子技術路線圖（來源：IBM）

IBM表示，當下，該路線圖的核心任務是設計一個通過雲部署的全棧量子計算機，以使世界各地的人們都可以對其進行編程。

而IBM的終極目標是：建造一個大型量子計算機，進入一個超越傳統計算機可能的領域，以便在各個行業運行革命性的應用程式，生成改變世界的新材料，或者改變傳統業務過往的方式。

通往百萬量子比特的道路

而對於量子計算設備而言，為實現百萬級別量子比特的量子計算機，不僅是量子比特數量的增加，更重要的是在前進的道路中，對編譯器的改進，噪聲的處理，量子比特保真度提升，長相干時間，高讀出保真度等都同步改善。

在IBM 9月初最新發布的65-Qubit量子處理器，詳情參閱量子客文章《IBM發布其有史以來最大的量子計算機系統》，如上提到的幾個方面都得到了很大的改進，該處理器具有讀出多路復用功能，將8個量子比特的讀出信號合併為一個，減少了讀出所需的總線路和元件數量，提高了擴展能力，同時保留了 Falcon 一代處理器的所有高性能特性，顯著地減少了相關控制系統中的信號處理延遲時間。

圖2｜IBM 65量子位拓撲設計 （來源：IBM）

根據路線圖，在2021年即將推出的127-Qubit量子處理器，被名為IBM Quantum Eagle，其在當前基礎上進行了一系列升級，如通過矽通孔(tsv)技術和多級布線提供了有效扇出大量經典控制信號的能力，同時保護分離層中的量子比特，以保持較長的相干時間。

除此之外，IBM Quantum Eagle採用 Falcon 引入的雙量子比特門和六邊形量子比特布局的固定頻率方法，在連通性和減少串擾誤差之間達成了微妙的平衡。這種量子比特布局可以實現IBM首次發布的「重六邊形」糾錯代碼[1]。

圖3｜六邊形量子比特布局（來源：IBM）

而在2022年將發布的433-Qubit的量子處理器被命名為IBM Quantum Osprey 。其將根據前期的設計原則，實現更高效、更密集的控制。

改進的低溫基礎設施將實現在擴大處理器規模的同時確保單個量子比特的性能，不會引入更多的噪聲源，也不會佔用太大的空間。

結合前期的經驗，在2023年，IBM將實現1121-Qubit的量子處理器IBM Quantum Condor，IBM Quantum Condor將是一個重大的裡程碑，標誌著實現大規模量子計算設備的可能性，同時表示量子計算機將更高效的實現量子優勢。

實現百萬級量子設備的方式

量子計算機雖潛能巨大，但其核心的量子比特卻非常的脆弱，因此，大家看到的像Google、IBM、中科大的量子晶片都是置於一個「大桶」中，這個「大桶」的目的是保護量子比特不受外界幹擾，而且提供所需的工作環境，被稱為稀釋制冷機。

圖4 ｜IBM量子計算機（來源：IBM）

隨著量子計算設備的不斷擴展，市場上當前的稀釋制冷機已經無法再滿足需求。因此，IBM推出了一個10英尺高、6英尺寬的「超級制冷機」，代號為「Goldeneye」。

當下，該制冷機已經進行了基本的可行性測試，IBM表示，在設計Goldeneye時是以百萬量子系統的基礎為前提的，每個稀釋制冷機能夠容納百萬個量子比特。

而實現百萬級別的量子計算機系統的方式便是通過量子互連，就像網際網路將超級計算機連接起來一樣，將多個系統連接起來，最終創建一個大規模並行處理的量子計算機系統。

行業引領，提前布局

IBM在量子計算領域，一直是標杆性的企業，為行業提供了很深的見解與產品開發楷模，從路線圖看得出，在量子計算賽道上，IBM全力推進，孤注一擲，志在必得。

根據路線圖，IBM未來的量子比特數正以指數級速度遞增。不僅數量上快速迭代，在量子比特本身的質量上也同步提升，真正做到「數量」與「質量」兼併。

而且，IBM一向注重生態系統的搭建，這給後期量子計算被大規模使用研究，打下來夯實基礎。

同時，IBM也表示，隨著該路線圖的實現，容錯量子計算機將在未來十年內實現。過去認為不可能的事情，正一步步走向現實！

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