复杂的量子电路能够实现“量子计算优越性”

复杂的量子电路能够实现“量子计算优越性”

当地时间11月16日,IBM表示其“Eagle”(鹰)量子处理器已达到127量子比特,成为目前世界上操控量子比特数量最多的超导量子计算机。
IBM还表示,该公司计划在未来两年内推出另外两种可能更强大的量子处理器,分别叫做“Osprey(鱼鹰)”和“Condor(秃鹰)”,两者的量子比特数量分别达到433和1121。
量子计算是一种快速崛起的技术,它利用量子力学定律希望解决对经典计算机来说过于复杂的问题。量子计算的基本计算单元是量子电路,将量子比特排列成量子门和测量。量子处理器拥有的量子比特越多,其可运行的量子电路就越复杂、越有价值。
过去的十年中,一些公司和机构一直在努力开发功能强大的量子计算机,主要分为光量子计算与超导量子计算两大阵营。诸如,谷歌公司于2019年制完的53个量子比特的超导量子计算原型机“Sycamore”(悬铃木);2020年,中国潘建伟团队构建76个光子的量子计算原型机“九章”,2021年5月,62量子比特的超导量子计算原型机“祖冲之号”(2021年10月,“祖冲之号”升级为“祖冲之二号”,量子比特数量为66)。 
IBM的量子计算机为超导量子计算。此前,IBM于2019年推出27量子比特“猎鹰”(Falcon)处理器,2020年推出65量子比特“蜂鸟”(Hummingbird)处理器。
最近,IBM推出了量子计算详细路线图,其包含扩展量子硬件路径,使复杂的量子电路能够实现“量子计算优越性”——这是指量子计算机对特定问题的求解以压倒性的速度超过任何经典计算机,以至于经典计算机无法在合理的时间内完成任务。而“Eagle”是沿着这条扩展路径迈出的最新一步。
“Eagle”是IBM首款包含超过100个量子比特的量子计算机。IBM称,127量子比特处理器上表示一个状态所需的经典比特数量超过了当今75亿人的原子总数。
为了实现这一突破,IBM研究人员在其现有量子处理器中进行创新,例如减少错误的量子比特排列设计和减少必要组件数量的架构。Eagle中利用的新技术将控制布线放置在处理器内的多个物理层上,同时将量子比特保持在单个层上,从而大大增加量子比特。
量子比特数量增加,会使用户在进行实验和运行应用程序时能够以更高的复杂度探索问题,例如优化机器学习,或为新分子和材料建模,以用于从能源行业到药物发现过程的各个领域。
IBM高级副总裁兼研究总监Darío Gil表示,“'Eagle' 处理器的到来是朝着量子计算机在有用应用方面超越经典计算机的那一天迈出的重要一步。” 
“量子计算有能力改变几乎所有领域,并帮助我们解决我们这个时代最大的问题。这就是为什么IBM继续快速创新量子硬件和软件设计,为量子和经典工作负载构建方法以相互赋能,并创造一个对量子产业发展至关重要的全球生态系统。”Darío Gil表示。
IBM还在预览IBM Quantum System Two的计划,旨在与IBM未来的433量子比特和1121量子比特处理器配合使用。
2019 年,IBM 推出了IBM Quantum System One,这是世界上第一个集成量子计算系统。那时起,IBM将这些系统作为其基于云的IBM Quantum服务的基础,部署在美国、德国的Fraunhofer-Gesellschaft、日本的东京大学。
此次,IBM也宣布与韩国延世大学建立合作,准备在韩国部署首个 IBM 量子系统。
延世大学计划与IBM合作推进量子计算,并扩大量子人才库,使量子计算变得实用,为工业、科学和社会造福。IBM和延世大学计划将韩国的工业、学术和研究机构联合起来,建立一个本地生态系统,专注于有战略意义的研发,并在韩国培育相关经济机会。