【消費(fèi)電子實(shí)驗(yàn)室-2022/11/17】本月 9 日，IBM 宣布了在量子硬件和軟件研發(fā)方面取得的最新進(jìn)展，并闡述了公司以量子為中心的超級計算機(jī)系統(tǒng)的未來愿景。

圖 | IBM 量子計算機(jī)研究者合影（來源：IBM）

最值得關(guān)注的是，IBM 公司具有優(yōu)質(zhì)配置的量子計算機(jī)“魚鷹”（Osprey），內(nèi)含的“魚鷹”芯片（Osprey chip）支持 433 量子比特位。據(jù)悉，Osprey 計算機(jī)量子比特數(shù)量是去年發(fā)布的 Eagle 計算機(jī)量子比特數(shù)量的 3 倍。

新的 Osprey 計算機(jī)可以進(jìn)行復(fù)雜的量子計算。在配置方面，與去年發(fā)布的 Eagle 一樣，Osprey 之中的線路分布具有多層次。這種線路布局增強(qiáng)了信號傳輸和設(shè)備安裝的靈活性。

圖 | 433 量子比特的 Osprey（來源：IBM）

同時，Osprey 憑借特殊的集成濾波功能可以降噪并且使設(shè)備運(yùn)行起來更穩(wěn)定。另外，Osprey 的導(dǎo)線密度相較于以往計算機(jī)提升了百分之七十，大大降低了相關(guān)成本。

為解決 Osprey 中的糾錯問題，IBM 還同時發(fā)布了配套 Qiskit Runtime 軟件的更新版本。更新后的軟件允許用戶通過應(yīng)用程序編程接口（API，Application Programming Interface）中的一個簡單選項(xiàng)減少錯誤計數(shù)。

此外，Osprey 運(yùn)用柔性帶狀電纜替代了之前 Eagle 中使用的微波電纜。柔性帶狀電纜既可以在低溫條件下使用，也不會因?yàn)檫^多的熱量輸出使不同的量子比特之間發(fā)生干擾。

其次，Osprey 具有最新的控制電路，可以與量子計算機(jī)的相關(guān)設(shè)備匹配，輸出精確的信號、頻率與功率。另外，Osprey 可使同一臺設(shè)備同時控制 400 多個量子比特。

具體來講， Osprey 計算機(jī)含有可在低溫下運(yùn)行的納米芯片。該芯片可以在 -269.15℃ 的低溫下發(fā)揮作用，并將電路進(jìn)行了集成，借此降低設(shè)備體積與使用過程中的能量損耗。

IBM 計劃在完成研發(fā) 1000 個量子比特計算機(jī)的既定目標(biāo)之后，重點(diǎn)推出能夠與之相匹配的量子系統(tǒng) Quantum System 2。該系統(tǒng)擁有模塊化和靈活的量子計算架構(gòu)，能將多個處理器結(jié)合到具有同一個通信鏈路的單一系統(tǒng)中。

圖 | 具有低溫恒溫器的 IBM Quantum System 2 配置（來源：IBM）

具體來講，系統(tǒng)能夠在合理的運(yùn)行時間內(nèi)計算出“具有 100 個量子比特和 100 個門操作的電路”的無偏可觀測值，并能夠借助 Heron 處理器降低錯誤率，可以在不到一天的時間內(nèi)運(yùn)行一個 100×100 的電路，產(chǎn)生無偏倚的結(jié)果。該系統(tǒng)預(yù)計在 2023 年底前推出，將為打造以量子為核心的超級計算機(jī)奠定基礎(chǔ)。

IBM 在官網(wǎng)上也發(fā)表聲明稱：“該計算機(jī)系統(tǒng)將在明年年底前正式投入使用，能夠通過連接其它三個量子系統(tǒng)構(gòu)建出多達(dá) 16632 個量子比特計算系統(tǒng)。”

量子計算技術(shù)在發(fā)展的同時也伴隨著安全問題。隨著量子計算機(jī)變得越來越強(qiáng)大，技術(shù)提供商必須采取相關(guān)措施，保護(hù)系統(tǒng)中的信息免受量子計算機(jī)的危害。而 IBM 同樣能夠提供相關(guān)技術(shù)和服務(wù)。

為證明IBM 具有保障量子計算機(jī)安全性的技術(shù)優(yōu)勢，在峰會期間，IBM 和沃達(dá)豐公司還達(dá)成了一項(xiàng)合作協(xié)議，共同尋找在沃達(dá)豐的基礎(chǔ)設(shè)施中應(yīng)用IBM 量子安全密碼學(xué)的解決方案。

綜合看來，IBM 新推出的 Osprey 芯片不僅在量子比特方面具有優(yōu)勢，還在制冷、電子控制設(shè)備和布線方面進(jìn)行了全方位的提升。隨著IBM 量子系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，未來有望達(dá)到更多量子比特的既定目標(biāo)。

IBM 量子計算機(jī)的研究員兼副總裁杰伊·甘貝塔（Jay Gambetta）在官網(wǎng)上說：“我們在量子比特方面的突破重新定義了量子計算機(jī)未來的發(fā)展趨勢。我們也稱之為以量子為中心的超級計算方式。在此過程中系統(tǒng)的模塊化、通信方式的升級和中間件的更新將有助于提升可變化的計算能力。”