IBM 量子处理器突破 100 量子位大关

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2021-11-29 11:42:32　来源: 科技潮说  

IBM 宣布它能够创建一个量子处理器 Eagle（“Eagle”），设计用于 127 个量子位。据说在一个经典处理器中描述所有 127 个量子位的量子状态需要比地球上所有人中存在的原子数更多的位。该公司计划在 2022 年发布 433-qubit Osprey 处理器，并在 2023 年发布 1,121-qubit Condor。

新芯片的出现得益于对前几代 IBM Quantum 处理器中开发的多项技术的组合和修订，以及向 IBM今年早些时候宣布的新的量子位排列（意味着重六边形）的过渡 安排 - 大约）。这种排列将量子位连接为一组具有公共边的六边形。在这个方案中，量子位连接到两个、三个或最多四个相邻的设备，就好像它们位于马赛克六边形的边缘。

这种连接降低了由相邻量子位之间的交互引起的错误的可能性，为功能处理器提供了显着的性能改进。平均连接性低于某些竞争设计。但该公司认为这种权衡是值得的，因为它减少了串扰。量子位不太可能影响它们的邻居，从而导致错误。这使 IBM 能够增加芯片上量子位的密度。

在其他有趣的进步中，值得强调的是调整每个单独量子位响应的微波频率的能力，防止所谓的“碰撞”，当一个信号也可以改变其他量子位的行为时。量子“编译器”——对在量子硬件上执行计算的操作顺序进行排序的软件——也可以帮助避免冲突。最后，IBM 将设备的主要功能块（双量子位快门）的错误率降低到 0.001。这一点非常重要，因为如果错误率保持不变并且量子比特数增加，那么越来越多的计算将容易出错。

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今年的10月26日，中国科学技术大学宣称该校潘建伟主导的量子计算机研究团队与中科院上海技术物理研究所、国家并行计算机工程技术研究中心合作成功造出了九章二号光量子计算机和祖冲之二号超导量子计算机，我国因此成为在两条量子计算路径上取得“量子计算优越性（国外称“量子霸权”）”的国家。
不过美国在这方面的研究并不落后于我国，就在11月15日，美国IBM（美国国际商用机器公司）创造出了世界上信息量最大的超导量子计算机“鹰”处理器，它串联了127个量子比特，比同路径的我国的可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”量值比特数（66个）多了近一倍，成为当今世界正在研发中的性能最强大的超导量子计算机。
超导量子计算技术是目前最有前景的量子计算发展路径，操作时量子相干时间比较长，用微波就可以有效的操控，制造方面也和现有半导体工艺比较接近，量子比特间的关联也相对比较容易。但是每个量子比特想要完全操作一致，使其都达到很高的性能是很困难的，而且超导量子需要在极低温环境下工作。
目前还没看到这台超导量子计算机的性能参数，但专家称与性能呈线性增长的经典计算机不同，在超导量子计算领域，每增加一个量子比特，就代表着在计算性能方面向前迈出一大步，因为增加一个量子比特基本就会让量子处理器的潜在性能翻上一番，“鹰”比我国的祖冲之二号的量子比特多了近一倍，高达61个，算力增加的倍数十分庞大，而我国“祖冲之二号”在求解“量子随机线路取样”任务方面的速度就已经是目前全球最快的超级计算机的1000万倍以上了。
所以，研制出超过100个量子比特的超导量子计算机的意义是十分重大的，因为量子比特是极难制造的，需要用巨型低温制冷器才能保证超导量子计算机的正常运行。“鹰”处理器的芯片是在位于美国纽约州的IBM的工厂制造的，此次制造的量子芯片使用了新技术，而随着量子计算机在制冷器和控制系统等领域取得新的进展，这些新技术最终会增加量子比特数量。
IBM的鲍勃·苏托就称这表明这项技术具有可拓展性，人类将有足够的计算能力来解决有趣的问题，这也是超导计算技术通往更强大机器的铺路石，“鹰”处理器是通往更大量子计算信息量的踏板。而IBM高层已经表示希望明年展示能运行433个量子比特的“鱼鹰”处理芯片，并且打算在2023年推出能运行1121个量子比特的“秃鹰”量子芯片。