（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

本周，IBM在其年度量子峰會上宣布，公司已在量子計(jì)算領(lǐng)域取得重要突破。

其中包括備受期待的1121量子比特Condor QPU，以及一個(gè)較小的133量子比特Heron QPU，這些QPU能夠與其他QPU組合成更大的量子系統(tǒng)。

此外，IBM還介紹了其新一代模塊化基礎(chǔ)設(shè)施——IBM System Two，可以適應(yīng)多個(gè)系統(tǒng)與超低溫稀釋制冷機(jī)。首個(gè)IBM System Two已在美國紐約州約克城高地啟動(dòng)并運(yùn)行，其中包含三個(gè)Heron QPU。

IBM還宣布計(jì)劃在2024年2月份推出Qiskit 1.0，并整合生成式AI功能，使其更為易用。

同時(shí)，IBM還將分享它的10年量子發(fā)展路線圖，其規(guī)模是之前5年量子發(fā)展路線圖的一倍。

借助去年春天發(fā)布的127量子比特Eagle處理器，IBM宣布將通過已改進(jìn)的錯(cuò)誤緩解（error mitigation）和糾正技術(shù)（correction techniques）來開啟實(shí)用化量子時(shí)代。

“簡而言之，我們能使一臺量子計(jì)算機(jī)以超越暴力檢索算法（brute force）的規(guī)模來執(zhí)行可靠的計(jì)算。這一重大突破標(biāo)志著我們進(jìn)入了一個(gè)全新的里程碑。在此之前，我們從未有過此類工具，而現(xiàn)在我們正借助它來探索全新的領(lǐng)域，并努力挖掘其潛在的價(jià)值。我們堅(jiān)信，我們將成為未來首個(gè)發(fā)掘量子優(yōu)勢的公司?！必?fù)責(zé)量子算法和科學(xué)合作業(yè)務(wù)的副總裁Katie Pizzolato說。同時(shí)她強(qiáng)調(diào)，這些探索實(shí)驗(yàn)將極大地推動(dòng)算法的開發(fā)進(jìn)程。 ?

IBM發(fā)展路線圖（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

IBM研究員兼IBM公司副總裁Jay Gambetta指出：“我們?yōu)閷?shí)現(xiàn)發(fā)展路線圖上的每一個(gè)里程碑而感到自豪。制定一個(gè)為期10年的藍(lán)圖是一件大事。可以看到，整個(gè)路線圖實(shí)際上被分為兩部分。頂部是我們所說的發(fā)展路線圖，而底部則是創(chuàng)新路線圖。我們的目標(biāo)是保持全程透明，向公眾們展示我們是如何取得進(jìn)展以及所有創(chuàng)新的。” 他表示：“在接下來的五年內(nèi)，我們計(jì)劃將技術(shù)質(zhì)量提升五倍。這將為我們提供更廣闊的空間去開展實(shí)驗(yàn)，并幫助我們實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的真正突破，并以此推進(jìn)重要科學(xué)工具的現(xiàn)有極限。為更好地實(shí)現(xiàn)2029年的目標(biāo)，我們期望能夠構(gòu)建一個(gè)名為“Starling”的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在200個(gè)量子比特上運(yùn)行1億個(gè)門。” 以下是本次IBM量子峰會上的一些亮點(diǎn)： ●日本東京大學(xué)，美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室，西班牙巴斯克科學(xué)基金會，以色列量子計(jì)算軟件公司QEDMA，芬蘭量子計(jì)算公司Algorithmiq，美國華盛頓大學(xué)，德國科隆大學(xué)以及澳大利亞量子技術(shù)公司Q-CTRL展示了關(guān)于探索實(shí)用規(guī)模大小的量子計(jì)算能力的新研究。 ●發(fā)布IBM性能最高的量子處理器“IBM Quantum Heron”，與先前的“IBM Quantum Eagle”相比，這一全新的架構(gòu)在減少誤差方面的效率提升了5倍。 ●IBM Quantum System Two在開始運(yùn)行時(shí)使用了3個(gè)IBM Heron處理器，旨在將以量子為中心的超級計(jì)算變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 ●在接下來的10年里，IBM將著重?cái)U(kuò)展其量子發(fā)展路線圖，優(yōu)先改進(jìn)門的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的糾錯(cuò)系統(tǒng)。 ●Qiskit 1.0版本現(xiàn)已發(fā)布。據(jù)IBM介紹，Qiskit是全球使用最廣泛的開源量子編程軟件，這一版本具備多項(xiàng)新功能，可協(xié)助計(jì)算專家更輕松、更快速地設(shè)計(jì)量子電路。 ●IBM將展示其生成式AI模型，這些模型能夠利用WatsonX自動(dòng)開發(fā)量子代碼并優(yōu)化量子電路。 ?

IBM Condor QPU（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

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IBM Heron QPU（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

Condor QPU的大小和規(guī)模令人印象深刻。

Steffen指出：“它打破了規(guī)模限制，展現(xiàn)出了前所未有的特點(diǎn)。它的優(yōu)勢在于擁有1121個(gè)超導(dǎo)量子比特，所有的量子比特都生成在單個(gè)芯片上，并且量子比特的密度增加了50%。整個(gè)芯片被安置在一個(gè)單一超低溫稀釋制冷機(jī)中，使其能夠冷卻設(shè)備，其性能與我們的Osprey設(shè)備相當(dāng)?！?/p>

然而，目前看來，IBM似乎正將其重心更加直接地轉(zhuǎn)向Heron QPU，而模塊化使用更小的量子處理單元來構(gòu)建更大的系統(tǒng)恰恰是未來的關(guān)鍵。 Steffen表示：“Heron QPU是我們迄今為止性能最為卓越的量子處理器，相較于我們的旗艦設(shè)備Eagle，其減少誤差的效率提高了5倍。這是一段歷時(shí)四年的旅程。Heron QPU是為實(shí)現(xiàn)模塊化和規(guī)?；O(shè)計(jì)的，我們通過一個(gè)可調(diào)耦合器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。該設(shè)計(jì)將為我們提供核心組件，以繼續(xù)提高后續(xù)每個(gè)處理器內(nèi)的數(shù)據(jù)操作質(zhì)量。我們計(jì)劃將數(shù)個(gè)Heron芯片與量子通信連接起來，從而提高其計(jì)算能力?！?

據(jù)Steffen表示，IBM計(jì)劃明年開始在其全球?qū)嵱靡?guī)模系統(tǒng)中提供Heron QPU。

Steffen指出：“相較于目前廣受歡迎的表面碼，我們已成功研發(fā)出一種能顯著減少執(zhí)行糾錯(cuò)程序所需量子比特?cái)?shù)的方法。更加令人振奮的是，這一新編碼可以被劃分為多個(gè)‘小塊’，總共有12個(gè)編碼塊在量子處理器芯片中。在短距離內(nèi)，我們能夠通過黑色M耦合器實(shí)現(xiàn)連接，而在長距離內(nèi)，我們會使用更長的L耦合器進(jìn)行連接。這段新代碼還需要C耦合器的參與，它能夠在單個(gè)處理器中連接量子比特。” ?

（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

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（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

IBM Quantum System Two基礎(chǔ)設(shè)施的引入，是提升IBM的競爭力并實(shí)現(xiàn)其模塊化系統(tǒng)的重要一步。

IBM Quantum System Two將為未來幾代量子處理器提供具備完全可擴(kuò)展性和模塊化核心基礎(chǔ)設(shè)施的能力，使其能夠比以往任何時(shí)候運(yùn)行更長的量子電路。 ?

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Qiskit最新版本增加了新的功能和生成式AI能力，Qiskit 1.0將于明年2月首次亮相。

據(jù)Gambetta所述，借助Qiskit模式與量子服務(wù)器（一種利用量子與經(jīng)典資源的新型編程模型），用戶得以構(gòu)建、部署、運(yùn)行甚至于未來實(shí)現(xiàn)共享，以供其他用戶使用。 ?

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通過將生成式AI從WatsonX擴(kuò)展到Qiskit，程序員可以借助簡單的語言命令生成量子電路。他們只需清晰地闡述所需任務(wù)，這些命令便會被送入一個(gè)經(jīng)過訓(xùn)練的模型——Granite中進(jìn)行處理。該模型對所有的Qiskit數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)，并生成可執(zhí)行的代碼。 Gambetta指出：“我們堅(jiān)信，充分發(fā)揮量子計(jì)算的優(yōu)勢能為生成式AI提供強(qiáng)大動(dòng)力，從而提升開發(fā)人員的工作體驗(yàn)。”

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Pizzolato指出：“我們總是說，我們需要找到那些難以進(jìn)行經(jīng)典模擬的電路，然后將它們映射到一些有趣的問題上。目前，我們所觀察到的早期應(yīng)用案例主要集中在高能物理和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域?！?她指出，這些早期的探索都維持在不到sub-20量子比特的范圍內(nèi)?！叭绻覀儼凑者@樣的路線繼續(xù)發(fā)展，我們將需要很長時(shí)間才能達(dá)到一個(gè)超越當(dāng)前正在討論的如暴力檢索算法等經(jīng)典方法的規(guī)模。我們需要一個(gè)顛覆性的改變，從而為該技術(shù)創(chuàng)造一個(gè)不同的發(fā)展軌跡。我們認(rèn)為，隨著《A noisy quantum computer produces accurate expectation valueson 127 qubits》(在127量子比特含噪聲量子計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生準(zhǔn)確的期望值)這一論文發(fā)表，這一變化已經(jīng)在6月產(chǎn)生了。這是含噪聲量子計(jì)算機(jī)第一次在暴力檢索算法之外的規(guī)模上產(chǎn)生精確的期望值?！?Pizzolato表示：“自從我們與其他合作伙伴共同撰寫的論文《Evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance》（前容錯(cuò)量子計(jì)算實(shí)用性的證據(jù)）在《Nature》上發(fā)表后，我們已經(jīng)看到很多人發(fā)表論文，并采用量子作為工具來探索sub-20量子比特之外的領(lǐng)域，同時(shí)開始探索更大的量子比特計(jì)數(shù)?！?

（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

實(shí)際上，量子計(jì)算的發(fā)展仍然具有挑戰(zhàn)。在更廣泛的階躍函數(shù)量子優(yōu)勢應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)之前，是否會出現(xiàn)短期的窄量子優(yōu)勢應(yīng)用？還不確定，所以當(dāng)前的首要任務(wù)依然是容錯(cuò)和模塊化研制。而IBM正專注于實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算，同時(shí)抓住這一過程中的發(fā)展機(jī)遇。

編譯：琳夢

編輯：慕一

特此說明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點(diǎn)與數(shù)據(jù)。