IBM祭出新芯片，兌現(xiàn)量子計(jì)算承諾

李垚

“我們離目標(biāo)越來(lái)越近了。”IBM 研究部主任達(dá)里奧·吉爾說(shuō)。

IBM在11月中旬宣布，創(chuàng)建了更強(qiáng)大的量子計(jì)算芯片，這是其公司多年努力的階段性成功，與之匹配的量子機(jī)器會(huì)帶來(lái)下一步的商業(yè)價(jià)值。

在紐約IBM年度量子峰會(huì)上亮相的433 量子位Osprey芯片量子位是其去年推出的 127量子位 Eagle 芯片的三倍多，IBM的目標(biāo)是在未來(lái)幾年穩(wěn)步建立這種計(jì)算能力。IBM表示會(huì)在2025 年推出超過(guò)4000量子位的系統(tǒng)，該系統(tǒng)將能夠比現(xiàn)有計(jì)算機(jī)更快或更準(zhǔn)確地解決一些問(wèn)題，并為當(dāng)今最好的計(jì)算機(jī)提供精確的解決方案，實(shí)現(xiàn)被稱為“量子優(yōu)勢(shì)”的能力。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制數(shù)字或位，可以是零或一。量子計(jì)算機(jī)使用量子比特或量子比特，它們以零和一的復(fù)雜混合的量子態(tài)表示和存儲(chǔ)信息。吉爾博士認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)有朝一日可以解決的問(wèn)題類型包括模擬天然材料在化學(xué)中的行為，甚至破解用于保護(hù)互聯(lián)網(wǎng)的公鑰密碼學(xué)。

此次會(huì)議中，IBM 還宣布與Vodafone GroupPLC 建立合作伙伴關(guān)系，研究抵御未來(lái)基于量子的加密威脅的方法，并推出新軟件以幫助減少量子系統(tǒng)中的錯(cuò)誤。

IBM Quantum System One 位于紐約約克敦高地公司的Thomas J. Watson 研究中心，一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)被包裹在玻璃柜體中，為了使用某些計(jì)算機(jī)，員工在進(jìn)入房間之前要接受視網(wǎng)膜掃描檢查

沃森研究中心的 IBM 研究員兼 IBM Quantum 基礎(chǔ)架構(gòu)總監(jiān)Jerry Chow

IBM 并不是唯一一家在量子計(jì)算領(lǐng)域下大賭注的公司，微軟、谷歌、D-Wave System等，以及一代初創(chuàng)公司都在該領(lǐng)域推進(jìn)。其中D-Wave公司雖然成立于1999年，但是首家提供實(shí)時(shí)的全堆棧量子系統(tǒng)的公司，主要提供硬件工程、后處理軟件和芯片制造，其產(chǎn)品在物流、人工智能、金融建模和網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域都有應(yīng)用。D-Wave擁有一臺(tái)超過(guò) 5000 個(gè)量子位的機(jī)器，稱為退火量子計(jì)算機(jī)。分析師表示，退火爐針對(duì)的是特定問(wèn)題，通常與優(yōu)化有關(guān)。

國(guó)際數(shù)據(jù)公司研究經(jīng)理兼量子計(jì)算研究負(fù)責(zé)人希瑟·韋斯特表示，隨著這些公司采用不同的方法來(lái)構(gòu)建量子機(jī)器，某些類型的計(jì)算機(jī)最終可能比其他類型的計(jì)算機(jī)更適合解決某些問(wèn)題。

IBM方面勇于處理不同任務(wù)的量子計(jì)算機(jī)，稱為量子門計(jì)算機(jī)。分析師表示，在這些計(jì)算機(jī)中增加量子位的數(shù)量比在退火爐中更困難，因?yàn)槊颗_(tái)機(jī)器中的量子位功能不同。從理論上講，今天的人類科技能在單個(gè)芯片上放置 1000 個(gè)量子比特。困難在于，你擁有的量子比特越多，它們結(jié)果的錯(cuò)誤率就越高，它們能夠維持其量子態(tài)來(lái)執(zhí)行計(jì)算的時(shí)間就越少。

IBM未來(lái)計(jì)劃，將試用其現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)的客戶群擴(kuò)大到 210 多家公司。在過(guò)去的五六年，IBM 一直將量子計(jì)算機(jī)放在云端，以使公司、大學(xué)和個(gè)人能夠試驗(yàn)這項(xiàng)技術(shù)。到目前為止，IBM在線擁有 20 多個(gè)系統(tǒng)，IBM 研究員兼 IBM Quantum 基礎(chǔ)設(shè)施總監(jiān) Jerry Chow表示，公司將能夠在明年第一季度開始使用Osprey芯片。

在實(shí)際應(yīng)用中，一些大型企業(yè)已經(jīng)開始邁出了第一步：IBM的客戶波音公司，正在通過(guò)云使用IBM的量子計(jì)算機(jī)來(lái)試驗(yàn)與飛機(jī)腐蝕相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)建模；大眾汽車和生物科技的初創(chuàng)公司已經(jīng)通過(guò)量子計(jì)算機(jī)改善交通流量研究和識(shí)別藥物。

IBM的量子路線圖包括另外兩個(gè)階段——2023年和2024年的1121量子比特的Condor和1386量子比特的Flamingo處理器，2025年用其Kookaburra處理器進(jìn)入4000量子比特階段。到目前為止，該公司總體上能夠?qū)崿F(xiàn)這一路線圖，但量子處理器中的量子比特?cái)?shù)量顯然是一個(gè)非常大而復(fù)雜的難題。

理想情況下，想要使用這些機(jī)器的開發(fā)者不必?fù)?dān)心這個(gè)問(wèn)題，但物理上量子比特很脆弱，很容易被溫度、雜訊或頻率的變化破壞。IBM 的方法是將他們的量子系統(tǒng)托管在圓柱形低溫冰箱中，其中一些位于該公司紐約州約克敦高地的 Thomas J. Watson 研究中心內(nèi)。

目前的措施是，通過(guò)新版本的Qiskit Runtime，開發(fā)者現(xiàn)在可以用速度換取更少的錯(cuò)誤數(shù)。IBM本次還詳細(xì)介紹了其Quantum System Two，可以被看成是對(duì)外服務(wù)的IBM量子主機(jī)，它將能夠容納多個(gè)量子處理器，并將它們與高速通信鏈接整合到一個(gè)系統(tǒng)中，預(yù)計(jì)IBM將于2023年底前推出這個(gè)系統(tǒng)。