在近日舉辦的虛擬量子計(jì)算峰會(huì)（Quantum Computing Summit）上，IBM制定了量子計(jì)算未來(lái)的路線圖。為了說(shuō)明未來(lái)任務(wù)的艱巨性，IBM研究員兼量子計(jì)算副總裁Jay Gambetta將阿波羅任務(wù)與下一代大藍(lán)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行了對(duì)比。

在IBM Research上發(fā)表的一篇文章中，Gambetta說(shuō)：“……就像登月一樣，我們有一個(gè)終極目標(biāo)，那就是進(jìn)入一個(gè)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的領(lǐng)域：我們想要建造一個(gè)大規(guī)模的量子計(jì)算機(jī)。”

遠(yuǎn)大的抱負(fù)可以幫助人類(lèi)實(shí)現(xiàn)登上月球的目標(biāo)，并可能使量子計(jì)算機(jī)幫助解決我們最大的挑戰(zhàn)，如管理醫(yī)療保健和管理自然資源。但從Gambetta的演示中可以清楚地看到，要實(shí)現(xiàn)IBM的最終目標(biāo)，它還需要一系列步驟：一個(gè)名為Condor的1121qbit處理器。

對(duì)IBM來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)始于21世紀(jì)中期的超導(dǎo)量子比特研究的過(guò)程，該研究至少要持續(xù)到2023年。

這種對(duì)超導(dǎo)量子位的依賴(lài)與英特爾依賴(lài)硅自旋量子比特的路線圖形成了鮮明對(duì)比?？磥?lái)，IBM不像英特爾那樣熱衷于讓量子比特類(lèi)似晶體管。

然而，基于超導(dǎo)量子比特的量子計(jì)算機(jī)有一個(gè)大問(wèn)題：它們需要大約20毫開(kāi)爾文（-273攝氏度）的極冷溫度。此外，隨著超導(dǎo)量子比特?cái)?shù)量的增加，制冷系統(tǒng)也需要擴(kuò)展。為了在2023年達(dá)到1121qbit處理器的目標(biāo)，IBM目前正在建造一個(gè)巨大的“超級(jí)冰箱（super fridge）”，名為Goldeneye，它將高3米，寬2米。

一旦達(dá)到1121量子比特的閾值，IBM相信它可以為量子計(jì)算的一個(gè)全新時(shí)代打下基礎(chǔ)，在這個(gè)時(shí)代里，它將能夠擴(kuò)展到糾錯(cuò)的、相互連接的、100多萬(wàn)個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)。

Gambetta說(shuō)：“在1121量子比特，我們希望開(kāi)始演示真正的糾錯(cuò)，這將使電路具有比沒(méi)有糾錯(cuò)更高的保真度?！?/p>

Gambetta說(shuō)Big Blue工程師需要克服一些技術(shù)挑戰(zhàn)，才能達(dá)到1121量子比特。早在9月初，IBM就推出了65量子比特的Hummingbird處理器，這比它的27比特Falcon處理器進(jìn)步了一步，后者運(yùn)行的量子電路足夠長(zhǎng)，IBM宣布其量子體積已經(jīng)達(dá)到64。（量子體積是測(cè)量有多少物理量子位，它們之間的連接程度，以及它們有多容易出錯(cuò)。）

另一個(gè)問(wèn)題是所謂的“fan-out”問(wèn)題，當(dāng)你在量子芯片上增加量子比特的數(shù)量時(shí)就會(huì)產(chǎn)生這種問(wèn)題。隨著量子位的增加，需要為每個(gè)量子位添加多個(gè)控制線。

這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)成為一個(gè)令人擔(dān)憂的問(wèn)題，量子計(jì)算機(jī)科學(xué)家已經(jīng)采用了半導(dǎo)體行業(yè)早在20世紀(jì)60年代中期定義的Rent Rule，觀察到邏輯塊的外部信號(hào)連接數(shù)與邏輯塊中邏輯門(mén)的數(shù)量之間存在關(guān)系。量子科學(xué)家已經(jīng)采用了這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述他們自己對(duì)量子比特連線的挑戰(zhàn)。

IBM在下一年推出的“保護(hù)量子數(shù)”功能將使其在保持高量子密度的同時(shí)，將通過(guò)這些量子技術(shù)來(lái)解決“高量子數(shù)”的問(wèn)題。

Gambetta說(shuō)：“量子計(jì)算將面臨類(lèi)似于Rent規(guī)則的問(wèn)題，但隨著我們?cè)谖覀兊穆肪€圖中提出的多層布線和多路讀出，我們已經(jīng)在展示一條解決如何擴(kuò)大量子處理器規(guī)模的途徑?！?/p>

正是有了這個(gè)Eagle處理器，IBM將引入并行實(shí)時(shí)經(jīng)典計(jì)算能力，從而能夠引入更廣泛的量子電路和代碼家族。

在IBM的下一個(gè)版本，即2022年的433量子Osprey系統(tǒng)中，一些相當(dāng)大的技術(shù)挑戰(zhàn)將開(kāi)始顯現(xiàn)。

Gambetta說(shuō)：“要達(dá)到433qubit的機(jī)器，就需要增加cryo基礎(chǔ)設(shè)施、控制器和cryo柔性電纜的密度。之前從來(lái)沒(méi)有這樣做過(guò)，所以我們面臨的挑戰(zhàn)是確保我們的設(shè)計(jì)考慮到了百萬(wàn)量子比特的系統(tǒng)。為此，我們已經(jīng)開(kāi)始了基本可行性測(cè)試。”

在Osprey之后是Condor和其1121qbit處理器。正如Gambetta在他的帖子中指出的：“我們認(rèn)為Condor是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，一個(gè)里程碑，標(biāo)志著我們有能力實(shí)施糾錯(cuò)并擴(kuò)展我們的設(shè)備，同時(shí)，復(fù)雜到足以探索潛在的量子優(yōu)勢(shì)問(wèn)題，我們可以在量子計(jì)算機(jī)上比在世界上最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)上更有效地解決這些問(wèn)題?！?/p>

原文標(biāo)題：IBM對(duì)量子計(jì)算的設(shè)想就像阿波羅計(jì)劃一樣

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