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(gong)司(si)表示，其新型Eagle計(ji)(ji)算芯片可以將127個(ge)量(liang)子(zi)位串聯在一起，并(bing)創造(zao)出世界上最大的(de)超(chao)導量(liang)子(zi)計(ji)(ji)算機(ji)，其規模超(chao)過了(le)谷歌和(he)中(zhong)國(guo)目前(qian)生產(chan)的(de)最先進(jin)機(ji)器。
其(qi)高(gao)管認為，該芯片(pian)將使量子計算機在未來兩年內在某些(xie)任務上(shang)開始超越傳(chuan)統計算機。
IBM還介紹了量子系統(tong)(tong)Quantum System 2，該系統(tong)(tong)將(jiang)與超(chao)過1000個(ge)量子位的(de)處理器配合使用。
但目前(qian)IBM還未公布(bu)除量子(zi)比(bi)特數以(yi)外的信息來(lai)證(zheng)明其(qi)新處理器的性(xing)能，眾多專家表示(shi)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(de)團(tuan)隊正(zheng)在尋求幾種(zhong)方(fang)法來創建實用(yong)的(de)量子計算機，包括超導體和(he)糾纏光子，目前尚(shang)不清楚(chu)哪種(zhong)方(fang)法將成為(wei)推動經典計算革命的(de)晶體管。
超導體和糾纏光子(zi)(zi)的(de)量子(zi)(zi)比(bi)特(te)(te)實(shi)現(xian)方(fang)(fang)式(shi)不一樣，糾纏光子(zi)(zi)主要以光子(zi)(zi)的(de)偏振自由度，角動量等為量子(zi)(zi)比(bi)特(te)(te)，超導基(ji)于(yu)約瑟夫森結作(zuo)為量子(zi)(zi)比(bi)特(te)(te)。目(mu)前，相比(bi)于(yu)糾纏光子(zi)(zi)，超導方(fang)(fang)案的(de)擴展性較(jiao)好(hao)。
2019年，谷歌宣(xuan)布其Sycamore處理器采(cai)用與IBM合作的(de)相同(tong)超(chao)導架構(gou)，實現了量(liang)子(zi)(zi)霸權，使用量(liang)子(zi)(zi)計(ji)(ji)算機解決經典計(ji)(ji)算機無(wu)法(fa)解決的(de)問題。該(gai)處理器使用了54個量(liang)子(zi)(zi)位(wei)，但(dan)此后被中國科學技術大學（USTC）的(de)祖(zu)沖(chong)之超(chao)導處理器的(de)56和60量(liang)子(zi)(zi)位(wei)演(yan)示所超(chao)越。
在糾纏光子(zi)領域(yu)，美(mei)國史蒂文斯理(li)工學院的研究人員創造了一種基于芯片的光子(zi)源，其效率是(shi)以前的100倍，這使大規模(mo)量子(zi)設備(bei)集成變(bian)得觸手可及。
去(qu)年(nian)，IBM概(gai)述了其硬件和軟件路(lu)線圖。預(yu)(yu)計到(dao)2025年(nian)，IBM將(jiang)推出無(wu)摩擦量(liang)子計算，以(yi)實現超越經(jing)典計算的(de)廣泛應用。IBM還預(yu)(yu)計，隨著時間的(de)推移(yi)，量(liang)子將(jiang)成(cheng)為其業務的(de)重要(yao)組成(cheng)部(bu)分，以(yi)構建生(sheng)態系(xi)統。
以前(qian)的設備可以串聯(lian)多(duo)達60個(ge)超導量(liang)子(zi)(zi)位或(huo)量(liang)子(zi)(zi)位，它(ta)們可以協(xie)同(tong)工作來解決問題。但(dan)IBM表(biao)示，其新(xin)型Eagle計算芯片將(jiang)127個(ge)量(liang)子(zi)(zi)位串聯(lian)在一(yi)起，使這(zhe)個(ge)數量(liang)增加了一(yi)倍多(duo)。Eagle利(li)用新(xin)技術將(jiang)控制(zhi)組(zu)件置于多(duo)個(ge)物理層，同(tong)時(shi)將(jiang)量(liang)子(zi)(zi)位保持(chi)在單個(ge)層上。
IBM首(shou)席(xi)量(liang)子(zi)(zi)指數(shu)負責(ze)人Bob Sutor表示，Eagle代表著向(xiang)擴展量(liang)子(zi)(zi)計算邁(mai)出的一大步，并且是該公司第(di)一個(ge)(ge)包含100多(duo)個(ge)(ge)量(liang)子(zi)(zi)位的處(chu)理器。“Eagle是我們所處(chu)位置的關鍵點，一切都在正軌上。”蘇托(tuo)說(shuo)。
迄今為止，IBM已部署了(le)大(da)約50個量子系(xi)統，其中大(da)約20個可(ke)通過云使(shi)用。除美國(guo)外，IBM還安裝了(le)兩個量子系(xi)統。
Eagle是在(zai)IBM紐約制造(zao)工(gong)廠生產的(de)，但(dan)Sutor指出，其產量并不高(gao)。因此該處(chu)理器(qi)目前(qian)只能(neng)只用在(zai)IBM自己的(de)系統中。“由(you)于(yu)量子(zi)位(wei)的(de)性(xing)質以及它們(men)需要如何協同工(gong)作，構(gou)建量子(zi)處(chu)理器(qi)要復(fu)雜(za)得多。”Sutor補充說(shuo)。
在一(yi)篇博客文章中，IBM概(gai)述了Eagle的架構：“我(wo)們必須(xu)結合和(he)改進在前(qian)幾代IBM量子(zi)處(chu)理器(qi)中開(kai)發(fa)(fa)的技術，以(yi)開(kai)發(fa)(fa)包(bao)括先進3D封裝(zhuang)技術在內的處(chu)理器(qi)架構，我(wo)們相信它(ta)可以(yi)構成處(chu)理器(qi)的支柱，包(bao)括我(wo)們計劃(hua)制造的1000+量子(zi)位(wei)Condor處(chu)理器(qi)。”
“Eagle是基于我們的(de)(de)Falcon處(chu)理器首(shou)次亮相的(de)(de)重六邊形量(liang)(liang)子(zi)位(wei)布局，其中量(liang)(liang)子(zi)位(wei)與兩個或三個相鄰的(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)位(wei)連接，這(zhe)種特殊的(de)(de)連接性降低了由相鄰量(liang)(liang)子(zi)位(wei)之間的(de)(de)相互作用引起的(de)(de)錯誤的(de)(de)可能性，顯著(zhu)提高(gao)了處(chu)理器的(de)(de)產量(liang)(liang)。”
Eagle 3D封裝架構的結果是可以使用更多可用的量(liang)子(zi)位。Sutor補(bu)充說，但在經典計算機上(shang)無法完全(quan)模擬Eagle。
Eagle將在12月提(ti)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(ji)算(suan)(suan)機只(zhi)能同(tong)時計(ji)算(suan)(suan)1或0，但(dan)(dan)量(liang)子(zi)(zi)(zi)位可(ke)以(yi)(yi)同(tong)時存(cun)儲和(he)調用1和(he)0的(de)疊加態。量(liang)子(zi)(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)機的(de)運行速度將比傳統計(ji)算(suan)(suan)機快得(de)多，但(dan)(dan)量(liang)子(zi)(zi)(zi)位極(ji)其難以(yi)(yi)構建(jian)，并且(qie)需(xu)要放(fang)置在巨(ju)大(da)的(de)低溫冰(bing)箱中才能正常運行。
IBM表示，其新的Eagle芯(xin)片是(shi)第(di)一個擁有(you)超過100個量(liang)(liang)子比(bi)特(te)的芯(xin)片。它(ta)在構建芯(xin)片時學到的新技術(shu)可以將量(liang)(liang)子計算機制冷和控制系統相(xiang)結合，最終(zhong)將產生更(geng)多的量(liang)(liang)子比(bi)特(te)。
IBM還(huan)表示，它(ta)計(ji)(ji)劃在2022年推出具有(you)433個量子位的(de)(de)Osprey芯(xin)片(pian)和具有(you)1121個量子位的(de)(de)Condor芯(xin)片(pian)，屆時它(ta)將(jiang)接近所(suo)謂的(de)(de)“量子優勢”，即量子計(ji)(ji)算機可以擊敗經(jing)典計(ji)(ji)算機的(de)(de)關鍵點(dian)。
IBM高級副總裁(cai)兼研究(jiu)部門負責人Darío Gil表示，這并不意味(wei)著量子計算機會一下(xia)子超越傳(chuan)統(tong)(tong)計算機。相反，IBM所(suo)設想的是這樣一個世界：計算應用(yong)程序的某些部分在傳(chuan)統(tong)(tong)芯(xin)(xin)片(pian)(pian)上(shang)運(yun)行，而某些部分在量子芯(xin)(xin)片(pian)(pian)上(shang)運(yun)行，這取決于什么最適合特定任(ren)務。
“我們(men)(men)相(xiang)信，在未來幾(ji)年內，我們(men)(men)將能(neng)夠展示(shi)具有實用價值(zhi)的(de)量子(zi)優勢，這是我們(men)(men)的(de)追求。”Gil說。
三、量子位數第一，其他細節尚未公開
加拿(na)大公司D-Wave Systems多(duo)年來(lai)(lai)一(yi)(yi)直在銷(xiao)售由數千個量(liang)子位(wei)組(zu)成的機器，但(dan)它(ta)們被(bei)廣泛認(ren)為(wei)是針對稱為(wei)量(liang)子計算的特定(ding)算法而不是完全可編(bian)程的量(liang)子計算機。近年來(lai)(lai)，量(liang)子計算的許(xu)多(duo)進(jin)展都(dou)集(ji)中在超導量(liang)子位(wei)上，這是Google、USTC和(he)IBM支(zhi)持(chi)的主要技術之一(yi)(yi)。
Sutor表(biao)(biao)示(shi)：“打破100量子(zi)比特(te)的障礙更多是心(xin)理(li)上(shang)(shang)的，而(er)不(bu)是物理(li)上(shang)(shang)的，但這(zhe)表(biao)(biao)明技術可(ke)(ke)以(yi)(yi)發展(zhan)。有了Eagle，我們就證明了我們可(ke)(ke)以(yi)(yi)擴展(zhan)，我們可(ke)(ke)以(yi)(yi)開始生(sheng)成足(zu)夠的量子(zi)比特(te)，從而(er)走上(shang)(shang)一條擁(yong)有足(zu)夠計(ji)算能力來解決有趣(qu)問題的道路。這(zhe)是通往更大機器的墊腳石(shi)。”
但(dan)是，很難將(jiang)IBM芯片的功能與(yu)以(yi)前的處理器進(jin)行比較。谷歌(ge)和中(zhong)國科技大(da)學(xue)(xue)都使用(yong)了(le)一種通用(yong)測試來(lai)評估此(ci)類芯片，即模(mo)擬量(liang)子電路(lu)并從其(qi)輸(shu)出中(zhong)采樣隨機數。IBM聲(sheng)稱已經創造了(le)一種更具可編(bian)程性(xing)和適應性(xing)的處理器，但(dan)尚未發表一篇(pian)學(xue)(xue)術論文來(lai)闡述其(qi)性(xing)能或(huo)能力。
牛津大(da)學(xue)的(de)Peter Leek表示(shi)，如果完全根據量子比特數來評估性能，那么Eagle的(de)性能令(ling)人驚奇(qi)，但還(huan)有(you)其(qi)他一些指標需要考慮(lv)，Eagle尚未發布這些指標。“這絕對是積極的(de)，他們正在制造具(ju)有(you)更多(duo)量子位的(de)東西是件好事，但最終只有(you)當(dang)處理器性能非常(chang)好時它才(cai)會變得有(you)用(yong)。”他說。
德克薩斯大學(xue)奧斯汀(ting)分校的Scott Aaronson對現階段(duan)判斷(duan)新處理器的重(zhong)要性也有類似的保留意(yi)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(yi)(yi)，IBM還(huan)預(yu)覽了(le)其量子(zi)系統Quantum System 2，該系統將(jiang)與超過1000個量子(zi)位(wei)的處理(li)器配合使用(yong)。IBM Quantum System 2將(jiang)更(geng)加模塊化(hua)，能夠在(zai)一(yi)(yi)個系統中容納和冷卻多個處理(li)器。
這種(zhong)Quantum System 2架構使客戶能夠在(zai)不影響(xiang)整個設置的(de)(de)情況下操作和測(ce)試系(xi)統的(de)(de)各個部(bu)分(fen)。IBM最(zui)新的(de)(de)量子(zi)系(xi)統將(jiang)于(yu)2023年在(zai)IBM研究院啟動并運行。
關于(yu)Quantum System 2的模塊化，IBM表示：“有了這(zhe)個系統，我(wo)(wo)們(men)為(wei)硬件提供(gong)了靈活性，以(yi)繼續增加我(wo)(wo)們(men)的芯片規模。研究團隊(dui)正在采用整體(ti)系統方法來支(zhi)(zhi)持我(wo)(wo)們(men)即將推出(chu)的Osprey和Condor處理(li)(li)器(qi)(qi)，還(huan)可(ke)以(yi)支(zhi)(zhi)持未來的量子處理(li)(li)器(qi)(qi)，因為(wei)我(wo)(wo)們(men)將繼續沿著硬件路線圖前(qian)進(jin)。”
“Quantum System 2結合了(le)新一代可(ke)擴展的(de)量子(zi)(zi)位控制電子(zi)(zi)設備(bei)以及更高密度的(de)低溫(wen)組(zu)件和電纜。此外，我們正在與制冷機供(gong)應商Bluefors Cryogenics合作(zuo)，重新構想低溫(wen)平臺。Bluefors的(de)新Kide Cryogenic平臺及其六邊形的(de)形狀優化了(le)冰(bing)箱(xiang)內部(bu)空間，以適應更大處理器所(suo)需的(de)更多(duo)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(wei)IBM可以使用(yong)該系統來擴(kuo)大其(qi)覆蓋范圍。
“我們從其他人安裝和(he)支持遠程系(xi)統中(zhong)學到了很多技術和(he)方法。”Sutor說(shuo)，“這(zhe)類似于(yu)美國宇航(hang)局必須指導(dao)太(tai)空中(zhong)的(de)(de)宇航(hang)員進行維修的(de)(de)方式(shi)。”
結語：量子計算領域記錄再刷新
IBM表(biao)示，127量(liang)子(zi)位(wei)(wei)Eagle處(chu)理器現在位(wei)(wei)居量(liang)子(zi)處(chu)理器榜首，成為將要展示的(de)最(zui)(zui)大、理論(lun)上也是最(zui)(zui)強大的(de)超導量(liang)子(zi)計(ji)算機。每增加一(yi)個(ge)量(liang)子(zi)位(wei)(wei)就代表(biao)著能(neng)力向前邁進了一(yi)大步，傳統計(ji)算機的(de)功(gong)率會隨(sui)著它們的(de)增長而線性增加，而額外的(de)一(yi)個(ge)量(liang)子(zi)位(wei)(wei)增加能(neng)夠使量(liang)子(zi)處(chu)理器的(de)潛在功(gong)率增加一(yi)倍。
但IBM量(liang)子處理器的(de)具體性能(neng)還(huan)需(xu)等待其公(gong)開更多數(shu)據(ju)信息，才(cai)能(neng)更加有力地佐證這一(yi)技術的(de)發展(zhan)。
來源：路(lu)透社、ZDNet、NewScientist
