IBM量子计算研究路线图:预计2023年推出1000个量子比特处理器

腾讯科技讯 9月16日,美国当地时间周二,IBM首次公布了其量子计算硬件研究的未来路线图。其中短期内最重要的消息是,该公司预计其可以在2023年推出拥有超过1000个量子比特、10到50个逻辑量子比特的量子处理器。

目前,IBM的量子处理器最高可容纳65个量子比特,该公司计划明年推出拥有127个量子比特的处理器,并在2022年推出433个量子比特的处理器。为了实现这些目标,IBM还在建造全新的“冰箱”(冷却装置)来容纳这些更大的芯片,以及连接这些冰箱的技术,以构建一个类似于当今经典芯片中的多核架构系统。

IBM研究院院长达里奥·吉尔(Dario Gil)表示,该公司宣布这一路线图是经过深思熟虑的选择,他将其比作半导体行业的诞生。他说:“如果你看一看建立一个行业所需的条件与做一个项目或做科学实验并推动一个领域向前发展需要做什么的区别,我们就会发现,我们需要做的是建立一个团队,并把三件事做得很好。这需要一种科学文化,一种路线图文化,一种敏捷文化。”

吉尔认为,要实现量子产业的最终目标,即建造一台大规模、能容错的量子计算机,该公司可以走两条不同的道路。第一条路更像是阿波罗计划,每个人都聚集在一起,花十年的时间解决一个问题,然后将所有不同的部分聚集在一起,创造这个突破性的时刻。

他还称:“第二条路会问‘你今天能做什么’,然后把能力发挥出来。有用户驱动的反馈,这是一种敏捷的文化,作为一种机制,继续向社区交付,并以这种方式建立社区,你必须制定出进步的路线图。我们是后一种模式的坚定信仰者。同时,你还需要做科学研究,制定路线图,进行反馈,并把事情公之于众。”

但吉尔也认为,我们现在已经到了量子产业的一个新时刻。他表示:“我们已经到了总投资足够多的水平,开始建立协调机制和信号机制真的很重要,这样我们就不会犯下资源分配严重不当的错误,我们允许每个人都做自己的事情。”

他将量子产业当前所处阶段比作半导体行业的早期,当时每个人都在做所有的事情,但随着时间的推移,第三方供应商的生态系统如雨后春笋般涌现。如今,当公司引入极端紫外线光刻这样的新技术时,IBM认为它今天正在为量子行业铺设的那种路线图有助于每个人协调他们的努力。

他还认为,这个行业已经到了非常复杂的程度,以至于单个参与者不能再自己做所有事情。反过来,这意味着生态系统中的各种参与者现在可以专注于专业化,并找出他们最擅长的领域。

“你要这么做,你需要材料吗?沉积技术?那么在这方面,你需要设备的专业知识。你是怎么做联轴器的?你们的包装是怎么做的?你怎么接线的?放大器、低温、室温电子设备,然后是整个软件堆栈,从下到上是怎么做的?一遍又一遍重复这些问题。最初,你需要做所有的事情来集成,但随着时间的推移,我们还需要自己做这些吗?”

吉尔认为,2023年将是量子产业的一个拐点,通往1121量子比特处理器的道路将推动整个堆栈的改进。在IBM试图执行的这些性能改进中,最重要的是将错误率从今天的约1%降低到接近0.0001%的水平。虽然这个目标看上去雄心勃勃,但从这几年前IBM量子计算的发展所处的轨迹来看,这是发展曲线所指向的合理数字。

但这只是问题的一部分。正如吉尔所指出的:“随着你使用这项技术变得更加丰富和复杂,创新堆栈的每一层最终都会变得几乎像是个无限的领域。”半导体行业也是如此,量子行业可能更是如此。随着这些芯片变得越来越复杂,它们也变得更大,这意味着即使是IBM现在正在建造的3米长冷却装置也不能容纳超过100万个量子比特。

届时,你必须建立这些冷却装置之间的互连(因为当一个装置单独冷却几乎需要14天时,你不可能真的以任何明显的速度进行实验和迭代)。建立吉尔所说的那种“量子内联网”绝非小事,但它是建造更大、互连机器的关键。这只是许多仍然需要发明的领域之一,而且这些系统可能还需要10年才能像预期的那样发挥作用。

吉尔说:“我们正在平行推进所有这些方面,我们正在对未来10年的设备和能力进行投资。因为当你遇到这个问题,并从那个时候开始投资时,你永远不会达到目标。”

虽然IBM及其竞争对手正在努力构建量子硬件,但在构建量子计算的软件堆栈方面也付出了大量努力。吉尔在这里强调的一件事是,现在是开始考虑量子算法和量子电路的时候了,即使在今天,它们在量子计算机上的表现仍然比经典机器差。事实上,吉尔希望开发人员更多地考虑电路,而不是量子比特。

吉尔解释称:“当开发者调用一个函数,现在它进入了云端平台时,幕后会发生什么?将会有量子电路库,这些电路将会有大量的创新、创造力和知识产权。”然后,这些电路必须映射到正确的量子硬件上,事实上,IBM在这里的愿景看起来不是针对单一类型的量子处理器,而是具有不同布局和拓扑的处理器。

吉尔说:“我们自己每天已经运行了来自外部世界的超过10亿个量子电路。未来,通过嵌入在软件应用中的云服务,每天在幕后的量子硬件上将执行数以万亿计的量子电路。“(腾讯科技审校/金鹿)

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