與「老鷹」相比，「蒼鷺」處理器的設備性能提高了3至5倍，而且它的錯誤率創下了歷史新低，比之前的量子處理器低三分之二。全球超級電腦開發競賽如火如荼，IBM猝不及防甩出了手中的王牌，週一推出了該公司迄今最強大的量子計算晶片，以及量子電腦IBM量子系統二號，並製定了2033年生產出超級電腦的宏偉藍圖。

量子運算晶片，錯誤率創下歷史新低

當地時間12月4日，IBM 在公司量子高峰會上首次推出了量子運算晶片「IBM Quantum Heron」（蒼鷺），這是IBM史上第一個實用級量子處理器。

「蒼鷺」處理器擁有133個固定頻率量子位，超過了127個量子位元的「Eagle」（老鷹）處理器。

IBM稱，與「老鷹」相比，「蒼鷺」處理器的設備性能提高了3至5倍，而且它的錯誤率創下了歷史新低，比之前的量子處理器低三分之二。

明年，將有更多「蒼鷺」處理器將加入IBM業界領先的公用事業規模系統群。

新型模組化系統亮相，超級電腦距離走進現實不遠了

另外，IBM也推出了該公司第一台擁有1000 多個量子位元的量子電腦IBM 量子系統二號，相當於普通電腦中的量子位元。據悉，該量子電腦將搭載3個「蒼鷺」處理器運作。

IBM向業界展示了新型模組化系統，將機器內部的處理器連接在一起，然後將機器連接在一起，以形成模組化系統，當與新的糾錯代碼相結合時，預計在2033年生產出引人注目的量子機器，即包含1000個邏輯量子位元的超級計算機，全面釋放量子計算的能量。

IBM高級副總裁兼研究總監Dario Gil表示：“我們正處於量子電腦被用作探索科學新領域的工具的時代。”

「隨著我們繼續推進量子系統，透過模組化架構擴展和提供價值，我們將進一步提高公用事業規模量子技術堆疊的質量，並將其交到我們的用戶和合作夥伴手中，他們將突破量子技術的界線更複雜的問題。”

量子運算的關鍵障礙—出錯機率大

相較於傳統計算機，量子計算利用量子的糾纏和疊加，實現更強大的平行運算能力，計算速度要快得多。

但是，這些量子態也是出了名的變化無常，出錯機率很大。為了解決這個問題，物理學家嘗試透過誘導多個物理量子位元（例如，每個物理量子位元或單一離子編碼在超導電路中）來共同編碼一個資訊量子位元，即所謂的“邏輯量子位元” 。

研究人員普遍表示，最先進的糾錯技術每個「邏輯量子位元」需要1000多個實體量子位元，一台可以進行有用計算的機器需要擁有數百萬個實體量子位元。

但近幾個月來，物理學家對一種稱為量子低密度奇偶校驗（qLDPC）的替代糾正方案越來越感興趣。

根據IBM 研究人員的1號預印本，這一數字將減少10倍或更多。該公司表示，現在將專注於建造晶片，該晶片旨在在400 個左右的實體量子位元中容納一些經過qLDPC 校正的量子位，然後將這些晶片連接在一起。

馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的物理學家Mikhail Lukin 表示，IBM 的預印本是「出色的理論著作」。

「話雖這麼說，用超導量子位元實現這種方法似乎極具挑戰性，甚至可能需要數年時間才能在這個平台上嘗試概念驗證實驗，」 Lukin說。

問題是qLDPC 技術要求每個量子位元直接連接到至少6個其他量子位元。在傳統超導晶片中，每個量子位元僅連接到2-3個相鄰量子位元。

但位於紐約約克敦高地IBM 托馬斯·J·沃森研究中心的凝聚態物理學家兼IBM Quantum 首席技術官Oliver Dial表示，該公司有一個計劃：它將在其量子計算機的設計中添加一層量子晶片，以允許qLDPC 方案所需的額外連接。

IBM 量子副總裁Jay Gambetta表示，該公司一直在採取雙軌方法來準備硬件，包括開發持續大量製造高品質量子位元的能力。

他表示，超過1121個超導量子位元的Condor表明該公司在這方面處於良好狀態，IBM在周一推出了這款處理器。

“它的量子位小了大約50%，”Gambetta 對媒體表示，“收益率就在那裡——我們的收益率接近100%。”

IBM 一直致力於研究的第二個問題是，限制對單一或成對的量子位元進行操作時發生的錯誤。

改變量子位元的狀態會產生微妙的訊號，這些訊號可能會滲透到相鄰量子位元中，這種現象就是所謂的串擾。「蒼鷺」在新型處理器中屬於較小的一款，代表了IBM研發團隊4年來為提高門性能所做的努力。

“這是一個漂亮的設備，”Gambett說，“它比以前的設備好5倍，錯誤少得多，而且串擾無法真正測量。”

量子運算何時能實現商業化？

儘管這項量子運算研究具有里程碑意義，但截至目前仍無法實現商業化。

“這一直是一個夢想，而且一直是一個遙遠的夢想，” Dial說，“實際上，讓它足夠接近，讓我們能夠看到我們今天所處的位置，對我來說是巨大的。”

IBM將其量子開發路線圖延長10年至2033年，以建構運算、糾錯能力更強大的系統。

另外，到2024年底，IBM計劃在美國、加拿大、日本和德國建立八個量子計算中心，以確保研究人員廣泛使用量子系統二號。

Gambetta 同時表示：“我們需要一段時間才能從科學價值轉向商業價值。” “但在我看來，研究和商業化之間的區別正在變得越來越緊密。”

IBM 研究人員表示，最近的進展增強了他們對量子運算長期潛力的信心，儘管他們沒有預測量子運算何時會進入商業主流。