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127个量子位!IBM推出超导量子计算机“Eagle”,称向扩展量子计算迈出一大步

发布人:深科技时间:2021-11-23来源:工程师
近日,IBM(International Business Machines Corporation)对外宣布,其制造出了当今世界量子位规模最大的超导量子计算机,名叫 “Eagle”。


IBM 的首席量子指数负责人鲍勃·苏托尔(Bob Sutor)表示,“Eagle 是 IBM 当前所处位置的关键点,一切都在正轨上,代表着 IBM 向扩展量子计算迈出一大步。”

Eagle 的出现,或将驱使量子计算机在今后的两年中逐渐赶超传统计算机。

据了解,相比于传统计算机,量子计算机的最大优势是:不只能计算 1 和 0 两种状态,还能够处于它们的叠加态。因此,当量子计算机运行时,其能够达到相较于传统计算机更快的速度。


然而,量子计算机的量子位构建难度较大,且运行条件严苛,需处于超低温冰箱中。

此前,IBM 制造出的处理器设备最多能够达到 60 个量子位,这些量子位通过相互配合来完成工作任务。

而最新推出的 Eagle 将 127 个量子位连接在一起,不仅使原先达到的量子位数量增加了一倍多,而且成为 IBM 第一个含 100 多个量子位的处理器设备。

IBM 表示,“我们必须结合和改进在前几代量子计算机中的技术,以开发包括先进 3D 封装技术在内的处理器架构。我们相信,Eagle 可以构成量子处理器设备的支柱。”

据悉,在新技术的支持下,Eagle 可将量子位单独维系在某一层上,而其他组件散布在不同的物理层上。

IBM 表示,其研发的新技术可以融合已有的电子制冷技术及其用于量子计算机控制系统的技术,从而产生更多的量子位。


到现在为止,IBM 已安排了 50 个左右的量子系统。其中,以云计算来使用的量子系统占到总数的五分之二。

此外,苏托尔称,“由于量子位的性质以及它们需要协同工作,构建量子处理器要复杂得多。”

据了解,Eagle 当前的生产效率并不高,现在只在 IBM 的内部系统中应用。12 月,该处理器将提供给 IBM Quantum Network 团队。

不过,Eagle 采用的是 “Falcon 处理器的重六边形量子位布局,一个量子位连接两个或三个相邻的量子位。在这种特殊的连接下,Eagle 相邻量子位之间因相互作用而引起的错误的可能已有所降低,有助于提高该处理器的产量。”

事实上,全球研究者们一直试图研发出一台具备实际使用价值的量子计算机,并从超导体和纠缠光子两方面进行探索。其中,超导体将约瑟夫森结(Josephson junction)作为量子位,而纠缠光子主要以光子的偏振自由度、相位和角动量等作为量子位。

此前,来自美国史蒂文斯理工学院的研究团队利用纠缠光子方法,研发出一种新型光子源,其不仅从效率上提升了 100 倍左右,而且推动了大规模量子设备集成的发展进程。

不过,从扩展性上考虑,超导体其实远胜于纠缠光子。

2019 年 10 月,谷歌宣称,其研发的 “Sycamore” 处理器使用 54 个量子位,通过 IBM 也在应用的一个超导架构,实现了 “量子至上”(Quantum Supremacy),能够解决经典计算机无能为力的问题。

随后,来自中国科技大学研究团队的 “祖冲之”(Zuchongzhi)超导处理器进行了 62 个量子位的突破。

据了解,传统计算机是线性平稳增加功率,而量子计算机随着量子位的增加,其功率会加倍提升。因此,哪怕只有一个量子位的突破,都意味着量子计算机在处理能力上又提高一大截。

苏托尔认为,打破 100 个量子位的障碍更多是心理上的,而不是物理上的。他表示,Eagle 证实了能够扩展生成足够量子位的可能性,未来的处理器将拥有足够的计算能力来解决更多问题。

需要注意的是,对于 Eagle 的性能,现在还难以将其与以前的处理器进行比较。

此前,谷歌和中国科技大学采用通用测试的方式,对随机量子电路的输出分布进行随机数采样,以评算出这类处理器的性能。

但牛津大学的彼得·里克(Peter Leek)认为,完全根据量子位来评估处理器性能并不合适,还需要综合考虑到其他方面,而 IBM 目前还未透露更多 Eagle 除量子位以外的信息。

此外,里克表示,“制造具有更多量子位的东西是件好事,但最终只有当处理器性能非常好时,它才会变得有用。”

值得一提的是,IBM 正筹划在 2022 年以前再次进行重大的量子位突破,制造出分别达到 433 和 1121 个量子位的处理器。

届时,该公司或将实现所谓的 “量子霸权”(Quantum Supremacy),即量子计算机完全击败所有经典的传统计算机。

对此,IBM 的高级副总裁兼研究部门负责人达里奥·吉尔(Darío Gil)称,“这并不意味着量子计算机会一下子完全超越传统计算机。相反,IBM 所设想的世界是:计算应用程序的某些部分在传统芯片上运行,而某些部分在量子芯片上运行,这取决于什么最适合特定任务。”

未来,量子计算或将成为占据 IBM 公司业务的主力,同时,该业务的生态系统也将得到完善。

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参考:
https://www.newscientist.com/article/2297583-ibm-creates-largest-ever-superconducting-quantum-computer/#ixzz7CRKUayXV


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关键词: 超导量子

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