2022年年底，IBM刷新了量子計算系統(tǒng)的紀錄，其處理器包含433個量子比特（量子信息處理的基本單位）。現(xiàn)在，該公司已經(jīng)定下了一個更大的目標：一臺擁有10萬量子比特、計劃在10年內(nèi)問世的機器。

IBM于近日宣布了這一消息。該公司將與東京大學(xué)和芝加哥大學(xué)合作，發(fā)起一項1億美元的計劃，推動量子計算進入大規(guī)模運行階段，該技術(shù)可能有潛力解決標準超級計算機無法解決的緊迫問題，或者至少現(xiàn)有超算無法單獨解決的問題。一個想法是10萬量子比特的量子計算機將與最好的“經(jīng)典”超級計算機一起工作，在藥物發(fā)現(xiàn)、化工生產(chǎn)、電池性能和許多其他應(yīng)用方面實現(xiàn)新的突破?！拔曳Q之為以量子為中心的超級計算機。”IBM的量子業(yè)務(wù)副總裁杰伊·甘貝塔（Jay Gambetta）在一次現(xiàn)場采訪中說道。

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量子計算利用基本粒子的獨特特性來儲存和處理信息：電子、原子和小分子可以同時以多種能量狀態(tài)存在，這種現(xiàn)象被稱為疊加，粒子的狀態(tài)可以相互聯(lián)系或糾纏。這意味著信息可以以全新的方式進行編碼和操縱，為許多經(jīng)典計算架構(gòu)下不可能完成的計算任務(wù)打開了大門。

到目前為止，量子計算機還不能超越標準超級計算機。這在很大程度上是因為它們沒有足夠的量子比特，而且因為系統(tǒng)很容易被環(huán)境中的微小擾動破壞——物理學(xué)家稱之為噪聲。

研究人員一直在探索如何處理噪聲，但許多人預(yù)計，量子系統(tǒng)必須大幅擴展才能真正有用，這樣他們才能將大部分量子比特用于校正噪聲引起的誤差。

IBM并不是第一個有如此雄心的公司。谷歌表示，其目標是在21世紀末實現(xiàn)100萬個量子比特，盡管除開糾錯以外只有1萬個量子比特可用于計算。總部位于美國馬里蘭州的IonQ計劃在2028年前實現(xiàn)1024個“邏輯量子比特”的運算，每個邏輯量子比特將包括13個物理量子比特組成的糾錯電路。與谷歌一樣，總部位于美國帕洛阿爾托的PsiQuantum也計劃建造一臺百萬量子比特的量子計算機，但它沒有透露其時間線或糾錯要求。

由于這些要求，高調(diào)宣傳物理量子比特的數(shù)量有點轉(zhuǎn)移注意力的意味——它們是如何構(gòu)建的技術(shù)細節(jié)至關(guān)重要，這些細節(jié)會影響它們對噪聲的彈性和操作易用性等因素。相關(guān)公司通常會提供額外的性能指標，如“量子量”和“算法量子比特”的數(shù)量。在未來十年，糾錯、量子比特性能和軟件主導(dǎo)的錯誤“緩解”方面的進步，以及不同類型量子比特之間的主要區(qū)別，將使這場競賽變得日漸白熱化。

甘貝塔表示，該行業(yè)還需要更多的“量子計算科學(xué)家”，對于創(chuàng)造機器的物理學(xué)家和希望設(shè)計并實現(xiàn)有用算法的開發(fā)人員之間的分歧，這些“量子計算科學(xué)家”可以起到彌合的作用。

在量子機器上運行的軟件也將是至關(guān)重要的。甘貝塔說：“我們希望盡快建立起這個行業(yè)，最好的方法是讓人們開發(fā)與我們的經(jīng)典軟件庫類似的軟件?！?/p>

他表示，這就是為什么IBM在過去幾年里一直致力于向?qū)W術(shù)研究人員提供其系統(tǒng)的原因：IBM的量子處理器可以通過云使用定制的接口來工作，而這些接口只需要對量子計算的技術(shù)細節(jié)有最低的了解。他說，已經(jīng)有大約2000篇關(guān)于使用該公司量子設(shè)備進行實驗的研究論文；“對我來說，這個跡象表明創(chuàng)新正在發(fā)生?！?/p>

這并不能保證為這個項目指定的1億美元將足以實現(xiàn)10萬量子比特的目標?！斑@肯定是有風(fēng)險的?！备守愃f。

新加坡量子軟件開發(fā)商Horizon Quantum的CEO喬·菲茨西蒙斯（Joe Fitzsimons）對此表示贊同。他說：“這不太可能是一個一帆風(fēng)順的旅程?！?/p>

但是，他補充道，這是一個必須承擔的風(fēng)險：該行業(yè)必須面對失敗的恐懼，并努力克服大規(guī)模量子計算面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。菲茨西蒙斯說，IBM的計劃似乎是合理的，盡管有很多潛在的障礙。他說：“在這種規(guī)模下，控制系統(tǒng)將是一個限制因素，需要大幅發(fā)展，以合理有效的方式支持如此大量的量子比特。”

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