智東西（公眾號：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計算芯片可以將127個量子位串聯在一起，并創造出世界上最大的超導量子計算機，其規模超過了谷歌和中國目前生產的最先進機器。
其高管認為，該芯片將使量子計算機在未來兩年內在某些任務上開始超越傳統計算機。
IBM還介紹了量子系統Quantum System 2，該系統將與超過1000個量子位的處理器配合使用。
但目前IBM還未公布除量子比特數以外的信息來證明其新處理器的性能，眾多專家表示對該處理器持保留意見。
一、127量子位處理器，領先世界先進水平一倍？
世界各地的團隊正在尋求幾種方法來創建實用的量子計算機，包括超導體和糾纏光子，目前尚不清楚哪種方法將成為推動經典計算革命的晶體管。
超導體和糾纏光子的量子比特實現方式不一樣，糾纏光子主要以光子的偏振自由度，角動量等為量子比特，超導基于約瑟夫森結作為量子比特。目前，相比于糾纏光子，超導方案的擴展性較好。
2019年，谷歌宣布其Sycamore處理器采用與IBM合作的相同超導架構，實現了量子霸權，使用量子計算機解決經典計算機無法解決的問題。該處理器使用了54個量子位，但此后被中國科學技術大學（USTC）的祖沖之超導處理器的56和60量子位演示所超越。
在糾纏光子領域，美國史蒂文斯理工學院的研究人員創造了一種基于芯片的光子源，其效率是以前的100倍，這使大規模量子設備集成變得觸手可及。
去年，IBM概述了其硬件和軟件路線圖。預計到2025年，IBM將推出無摩擦量子計算，以實現超越經典計算的廣泛應用。IBM還預計，隨著時間的推移，量子將成為其業務的重要組成部分，以構建生態系統。
以前的設備可以串聯多達60個超導量子位或量子位，它們可以協同工作來解決問題。但IBM表示，其新型Eagle計算芯片將127個量子位串聯在一起，使這個數量增加了一倍多。Eagle利用新技術將控制組件置于多個物理層，同時將量子位保持在單個層上。
IBM首席量子指數負責人Bob Sutor表示，Eagle代表著向擴展量子計算邁出的一大步，并且是該公司第一個包含100多個量子位的處理器。“Eagle是我們所處位置的關鍵點，一切都在正軌上。”蘇托說。
迄今為止，IBM已部署了大約50個量子系統，其中大約20個可通過云使用。除美國外，IBM還安裝了兩個量子系統。
Eagle是在IBM紐約制造工廠生產的，但Sutor指出，其產量并不高。因此該處理器目前只能只用在IBM自己的系統中。“由于量子位的性質以及它們需要如何協同工作，構建量子處理器要復雜得多。”Sutor補充說。
在一篇博客文章中，IBM概述了Eagle的架構：“我們必須結合和改進在前幾代IBM量子處理器中開發的技術，以開發包括先進3D封裝技術在內的處理器架構，我們相信它可以構成處理器的支柱，包括我們計劃制造的1000+量子位Condor處理器。”
“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，其中量子位與兩個或三個相鄰的量子位連接，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誤的可能性，顯著提高了處理器的產量。”
Eagle 3D封裝架構的結果是可以使用更多可用的量子位。Sutor補充說，但在經典計算機上無法完全模擬Eagle。
Eagle將在12月提供給IBM Quantum Network的部分成員。
二、明年推出1121個量子位的芯片，量子計算機拐點將至
傳統計算機只能同時計算1或0，但量子位可以同時存儲和調用1和0的疊加態。量子計算機的運行速度將比傳統計算機快得多，但量子位極其難以構建，并且需要放置在巨大的低溫冰箱中才能正常運行。
IBM表示，其新的Eagle芯片是第一個擁有超過100個量子比特的芯片。它在構建芯片時學到的新技術可以將量子計算機制冷和控制系統相結合，最終將產生更多的量子比特。
IBM還表示，它計劃在2022年推出具有433個量子位的Osprey芯片和具有1121個量子位的Condor芯片，屆時它將接近所謂的“量子優勢”，即量子計算機可以擊敗經典計算機的關鍵點。
IBM高級副總裁兼研究部門負責人Darío Gil表示，這并不意味著量子計算機會一下子超越傳統計算機。相反，IBM所設想的是這樣一個世界：計算應用程序的某些部分在傳統芯片上運行，而某些部分在量子芯片上運行，這取決于什么最適合特定任務。
“我們相信，在未來幾年內，我們將能夠展示具有實用價值的量子優勢，這是我們的追求。”Gil說。
三、量子位數第一，其他細節尚未公開
加拿大公司D-Wave Systems多年來一直在銷售由數千個量子位組成的機器，但它們被廣泛認為是針對稱為量子計算的特定算法而不是完全可編程的量子計算機。近年來，量子計算的許多進展都集中在超導量子位上，這是Google、USTC和IBM支持的主要技術之一。
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，但這表明技術可以發展。有了Eagle，我們就證明了我們可以擴展，我們可以開始生成足夠的量子比特，從而走上一條擁有足夠計算能力來解決有趣問題的道路。這是通往更大機器的墊腳石。”
但是，很難將IBM芯片的功能與以前的處理器進行比較。谷歌和中國科技大學都使用了一種通用測試來評估此類芯片，即模擬量子電路并從其輸出中采樣隨機數。IBM聲稱已經創造了一種更具可編程性和適應性的處理器，但尚未發表一篇學術論文來闡述其性能或能力。
牛津大學的Peter Leek表示，如果完全根據量子比特數來評估性能，那么Eagle的性能令人驚奇，但還有其他一些指標需要考慮，Eagle尚未發布這些指標。“這絕對是積極的，他們正在制造具有更多量子位的東西是件好事，但最終只有當處理器性能非常好時它才會變得有用。”他說。
德克薩斯大學奧斯汀分校的Scott Aaronson對現階段判斷新處理器的重要性也有類似的保留意見，稱需要更多細節。“我希望這些信息即將到來。”他說。
四、配套量子系統2023年啟動，更加模塊化
本周一，IBM還預覽了其量子系統Quantum System 2，該系統將與超過1000個量子位的處理器配合使用。IBM Quantum System 2將更加模塊化，能夠在一個系統中容納和冷卻多個處理器。
這種Quantum System 2架構使客戶能夠在不影響整個設置的情況下操作和測試系統的各個部分。IBM最新的量子系統將于2023年在IBM研究院啟動并運行。
關于Quantum System 2的模塊化，IBM表示：“有了這個系統，我們為硬件提供了靈活性，以繼續增加我們的芯片規模。研究團隊正在采用整體系統方法來支持我們即將推出的Osprey和Condor處理器，還可以支持未來的量子處理器，因為我們將繼續沿著硬件路線圖前進。”
“Quantum System 2結合了新一代可擴展的量子位控制電子設備以及更高密度的低溫組件和電纜。此外，我們正在與制冷機供應商Bluefors Cryogenics合作，重新構想低溫平臺。Bluefors的新Kide Cryogenic平臺及其六邊形的形狀優化了冰箱內部空間，以適應更大處理器所需的更多硬件。”
Sutor沒有提供要部署的IBM Quantum System 2的數量目標。Sutor樂觀地認為IBM可以使用該系統來擴大其覆蓋范圍。
“我們從其他人安裝和支持遠程系統中學到了很多技術和方法。”Sutor說，“這類似于美國宇航局必須指導太空中的宇航員進行維修的方式。”
結語：量子計算領域記錄再刷新
IBM表示，127量子位Eagle處理器現在位居量子處理器榜首，成為將要展示的最大、理論上也是最強大的超導量子計算機。每增加一個量子位就代表著能力向前邁進了一大步，傳統計算機的功率會隨著它們的增長而線性增加，而額外的一個量子位增加能夠使量子處理器的潛在功率增加一倍。
但IBM量子處理器的具體性能還需等待其公開更多數據信息，才能更加有力地佐證這一技術的發展。
來源：路透社、ZDNet、NewScientist
