IBM量子计算新突破：成功构建50个量子比特原型机

维金 编译整理 量子位 出品 | 公众号 QbitAI

IBM去年开始以云计算服务的形式提供量子计算能力。当时，IBM发布了包含5个量子比特的计算机。在短短18个月之后，IBM周五宣布，将发布包含20个量子比特的计算机。

IBM还宣布，该公司的研究人员已经成功开发了包含50个量子比特的原型产品。这是量子计算领域的下个里程碑。不过目前尚不清楚，我们何时才能看到50个量子比特计算机的商用。

IBM最初版本的量子计算机是免费提供的，目的是培育用户社区，指导用户如何使用这些机器去编程。根据本周五的公告，IBM的量子计算技术将开始商业变现。这款产品将在年底前面市。

传统计算机可以用“开关”的状态来表达0和1，而量子计算机则可以同时处于多种状态。这就给编程带来了全新的可能性，而这种计算方式也需要搭配新的软件和系统。

IBM Q和人工智能研究副总裁Dario Gil表示，量子比特数量的提升只是问题的一部分。处理的量子比特越多，量子比特之间的互作用就越复杂，因为这些量子比特会通过所谓的“纠缠”来相互作用。如果有更多的量子比特相互作用，但错误率随之上升，那么这样的量子计算机并不会比5个量子比特的计算机强大很多。

他表示，IBM研究员已经实现了多个量子比特的低错误率。“凭借更多的量子比特和更少的错误，我们可以解决更多的问题。”

与量子态有关的另一个问题是，在所谓的“相干性”过程中，这些量子态的存在时间很短。这意味着，在量子比特回归至经典计算状态之前，你只有很短的时间窗口去使用它。在90年代末研究人员刚刚开始关注这个问题时，相干性的持续时间只能以纳秒计算。即使到去年，5个量子比特计算机的相干性时间也只有47到50微秒。今天的量子计算机大约能实现90微秒的相干性时间。尽管时间仍然极为短暂，但已经是巨大的进步。

所有这些问题导致程序员很难开发量子算法，在量子比特回归至经典状态之前提供有用的功能，同时避免错误。不过最近几年，研究人员已经取得了相当的进展，而IBM此次公布的消息对于量子计算行业意义重大。

量子计算的最终目标是建立有容错性的通用系统，能自动修正错误，并有着无限长时间的相干性。Gil表示：“终极目标是有容错性的通用量子计算。今天，我们正在开发接近通用的系统，这意味着可以执行任意的操作和程序。所谓的近似是指，对于需要的操作，我们必须接受错误和有限的时间窗口。”

他认为，这是个逐渐进步的过程，而IBM的最新进展是沿着这条道路向前发展的一步。不过他也指出，今天取得的成果已经相当强大。凭借今天发布的新产品，以及对QISKit（帮助企业了解如何使用量子计算机编程的SDK）的优化，IBM可以继续推进这项技术。这个目标无法一蹴而就，但企业、政府、大学和其他利益相关方正在研究如何将技术应用于实际。当然，IBM也不是唯一一家致力于解决这个问题的公司。

IBM认为，随着技术进步，以及行业对技术的进一步理解，量子计算可以应用于医学、药物发现和材料科学等领域。不过，量子计算也可能造成负面后果，比如实现对各种加密的破解。Gil透露，IBM正在与标准机构合作，尝试开发“后量子计算时代”的加密算法。虽然距离实现这一目标还有很远，但IBM确实看到了问题的严重性，并尝试进行解决。