IBM發布量子運算晶片「蒼鷺」 計畫10年內造出超級計算機
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。
![](https://i0.wp.com/n.sinaimg.cn/spider20231205/269/w640h429/20231205/4ccc-09cab503964cf76caa0c4459612084cc.jpg?w=640&ssl=1)
「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。
![](https://i0.wp.com/n.sinaimg.cn/spider20231205/320/w640h480/20231205/ffe6-678fee46cedcf4e8f8259671e2ef9e04.jpg?w=640&ssl=1)
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。
![](https://i0.wp.com/n.sinaimg.cn/spider20231205/200/w640h360/20231205/7827-8daa73bf2326d7b8f0613798884985db.jpg?w=640&ssl=1)
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。