量子计算功能够提供远超越现今传统计算机的运算能力,解决当前无法解决的难题,不少高科技公司皆投入资源发展自己的量子计算机技术,IBM则是其中之一,该公司提到,发展量子计算机就像是人类当时登录月球一样,IBM最终目标是要构建一台超大型量子计算机,执行革命性应用程序,或是生产足以改变世界的材料,甚至是转变商业模式。
IBM发布了量子计算机发展路线图,披露了IBM一路到2023年的量子计算机计划,从当前充满噪声的小型设备,未来要发展到具有百万量子位元的设备。IBM团队正在开发一套可扩展的处理器,其目标是要在2023年,打造出拥有超过1,000量子位元,称为IBM Quantum Condor的处理器,而且为了容纳Condor,IBM还需要打造比起市面上还要大上许多的稀释冰箱(Dilution Refrigerator)。
量子处理器通过基本粒子进行数学计算,以扩展运算能力,其使用量子电路而非数字计算机的逻辑电路,IBM提到,他们使用超导体Transmon量子位元,也就是以人工原子的电子量子态来表示资料,但是因为与外界环境的交互作用,量子位元很快就会失去量子态,因此IBM团队所面临的挑战,是要想办法尽可能长时间控制这些量子位元,并且降低错误,才能运行够未来量子应用需要的量子电路。
当前IBM云计算上,有超过12个量子系统供外界试用,包括5量子位元的IBM Quantum Canary处理器,还有27量子位元的IBM Quantum Falcon处理器,在最近,IBM还改进IBM Quantum Falcon处理器,达到64量子体积(Quantum Volume)。
量子体积是概括性的性能指标,综合量子计算机的能力与错误率,可用来评估量子计算机整体性能,当量子体积越大,则越能被实际用来解决问题,IBM提到,在8月的时候他们的量子计算机达到量子体积64,这项成果并非增加量子位元,而是改进编译器,改善两个量子位元闸的校准,还提升了噪声处理以及读取量子位元的方式,以实现更可靠的良率。
(图片来源/IBM)
除了改进小型设备之外,IBM也持续发展更大型的量子系统,在这个月发布了最新的IBM Quantum Hummingbird处理器,这是继IBM Quantum Falcon处理器之后的下一代成员,具有65量子位元,因为改进了读取资料需要的布线和组件数,因此扩展的能力更佳。
IBM预计在明年就会推出127量子位元的IBM Quantum Eagle处理器,这将会是正式突破100量子位元的里程碑,接着在2022年还会发布433量子位元的IBM Quantum Osprey系统,并计划在2023年发布1,121量子位元的IBM Quantum Condor处理器。IBM提到,Condor将会是另一里程碑,代表IBM有纠错和扩展量子系统的能力,并真正将量子计算机提升到足够复杂的程度,可用来探索量子计算机带来的优势。
为了要在2023年打造Condor,IBM还需要建造一个足够容纳Condor的稀释冰箱,目前市面上冷却和隔离这类大型复杂设备的稀释冰箱,已经不敷IBM使用,因此IBM从头开始设计稀释冰箱,同时还考量容纳百万量子位元设备需求,这个新的超级冰箱高约为3米,宽约为2米,IBM已经开始基本的可行性测试,完成之后,每个冰箱将可容纳100万个量子位元,并且能够像目前连接超级计算机的方式,通过连接冰箱组成一个大规模平行量子计算机。