量子計算新時代的轉折點到來，IBM計劃發布！！

2020-10-03 光亞星際

IBM對量子計算的設想就像阿波羅計劃一樣

IBM打算在三年內製造出1121量子比特的處理器，這將成為量子計算新時代的轉折點

照片: IBM

IBM執行長Arvind Krishna(左)和IBM研究主管Dario Gil與一臺10英尺高、6英尺寬的「超級冰箱」合影，這是一臺定製稀釋冰箱，比任何商用冰箱都要大。

在上周的虛擬量子計算峰會上，IBM為未來的量子計算制定了路線圖。為了說明他們面臨的任務有多艱巨，IBM量子計算研究員兼副總裁傑伊·甘貝塔(Jay Gambetta)將阿波羅任務與下一代藍色巨人的量子計算機進行了類比。

在IBM研究博客上發表的一篇文章中，甘貝塔說:「就像登月一樣，我們的終極目標是進入一個傳統計算機無法企及的領域:我們想要建造一臺大規模量子計算機。」

遠大的抱負可能導致人類登陸月球，並可能使量子計算機幫助解決我們面臨的最大挑戰，如管理醫療保健和管理自然資源。但從Gambetta的演講中可以清楚地看出，要實現IBM的最終目標——一臺名為Condor的1121量子位處理器——還需要很多步驟。

對IBM來說，這是一個始於2000年代中期的過程，始於其對超導量子位元的初步研究，該研究至少將持續到2023年。

這種對超導量子位元的依賴與英特爾依賴矽自旋量子位元的發展路線形成了對比。看來IBM並不像英特爾那樣熱衷於讓量子位像電晶體一樣。

然而，基於超導量子位元的量子計算機存在一個大問題:它們需要大約20米利克爾文(-273攝氏度)的極低溫，此外，隨著超導量子位元數目的增加，製冷系統也需要擴展。為了在2023年達到1121量子比特的處理器，IBM目前正在建造一個被稱為「黃金眼」的巨型「超級冰箱」，它將高3米，寬2米。

在達到1121量子位的門檻後，IBM相信它將為量子計算的一個全新時代奠定基礎，在這個新時代裡，將有可能擴展到糾錯、互聯、超過100萬量子位的量子計算機。

甘貝塔說:「在1121個量子位的時候，我們希望開始演示真正的糾錯，這將使電路具有比沒有糾錯更高的保真度。」

甘貝塔說，藍色巨人的工程師們需要克服許多技術挑戰才能達到1121個量子位元。早在9月初，IBM就推出了其65-量子位的蜂鳥處理器，這是27-量子位的獵鷹處理器的一個升級。獵鷹處理器運行量子電路的時間之長，足以讓IBM宣稱其量子容量已達到64。(量子體積是對有多少物理量子位元、它們之間的聯繫有多緊密以及它們有多容易出錯的測量。)

另一個問題是所謂的「扇出」問題，當你在一個量子晶片上擴大量子位的數量時，就會產生這種問題。隨著量子位元的增加，需要為每個量子位元添加多個控制線。

這個問題變得如此令人擔憂，以至於量子計算機科學家採用了半導體行業在上世紀60年代中期定義的Rent法則。IBM的科學家E.F. Rent在20世紀60年代觀察到，外部信號連接到邏輯塊的數量與邏輯塊中的邏輯門的數量之間存在關係。量子科學家已經用這個術語來描述他們自己在量子比特布線方面的挑戰。

IBM計劃在明年推出其127量子位量子鷹處理器時解決這些問題。該處理器將通過矽通孔和多層布線來實現大密度經典控制信號的「扇出」，同時保護量子位，以保持高相干時間。

「量子計算將面臨類似租金規則的問題，但有了多層布線和多路顯示——我們在路線圖中提出的東西，我們正在進行的工作已經完成了——我們正在展示一條解決我們如何擴大量子處理器規模的路徑，」Gambetta說。

正是憑藉這款Eagle處理器，IBM將引入並發實時經典計算能力，從而能夠引入更廣泛的量子電路和代碼家族。

在IBM的下一個版本中，也就是2022年的433量子位量子魚鷹系統，一些相當大的技術挑戰將開始顯現。

甘貝塔說，要想製造一臺433量子比特的計算機，需要增加低溫基礎設施、控制裝置和低溫伸縮電纜的密度。「這從來沒有被實現過，所以挑戰是確保我們在設計時考慮到100萬量子位的系統。為此，我們已經開始了基本的可行性測試。」

在魚鷹之後是禿鷹和它的1121量子位處理器。甘貝塔在他的文中提到:「我們認為禿鷲是一個轉折點,一個裡程碑,標誌著我們的能力來實現誤差修正和擴展我們的設備,同時足夠複雜探索潛在的量子Advantages-problems我們可以更有效地解決量子計算機比世界上最好的超級計算機。」

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