2022年年底，IBM刷新了量子計(jì)算系統(tǒng)的紀(jì)錄，其處理器包含433個(gè)量子比特（量子信息處理的基本單位）?，F(xiàn)在，該公司已經(jīng)定下了一個(gè)更大的目標(biāo)：一臺(tái)擁有10萬量子比特、計(jì)劃在10年內(nèi)問世的機(jī)器。

IBM于近日宣布了這一消息。該公司將與東京大學(xué)和芝加哥大學(xué)合作，發(fā)起一項(xiàng)1億美元的計(jì)劃，推動(dòng)量子計(jì)算進(jìn)入大規(guī)模運(yùn)行階段，該技術(shù)可能有潛力解決標(biāo)準(zhǔn)超級(jí)計(jì)算機(jī)無法解決的緊迫問題，或者至少現(xiàn)有超算無法單獨(dú)解決的問題。一個(gè)想法是10萬量子比特的量子計(jì)算機(jī)將與最好的“經(jīng)典”超級(jí)計(jì)算機(jī)一起工作，在藥物發(fā)現(xiàn)、化工生產(chǎn)、電池性能和許多其他應(yīng)用方面實(shí)現(xiàn)新的突破。“我稱之為以量子為中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)。”IBM的量子業(yè)務(wù)副總裁杰伊·甘貝塔（Jay Gambetta）在一次現(xiàn)場(chǎng)采訪中說道。

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量子計(jì)算利用基本粒子的獨(dú)特特性來儲(chǔ)存和處理信息：電子、原子和小分子可以同時(shí)以多種能量狀態(tài)存在，這種現(xiàn)象被稱為疊加，粒子的狀態(tài)可以相互聯(lián)系或糾纏。這意味著信息可以以全新的方式進(jìn)行編碼和操縱，為許多經(jīng)典計(jì)算架構(gòu)下不可能完成的計(jì)算任務(wù)打開了大門。

到目前為止，量子計(jì)算機(jī)還不能超越標(biāo)準(zhǔn)超級(jí)計(jì)算機(jī)。這在很大程度上是因?yàn)樗鼈儧]有足夠的量子比特，而且因?yàn)橄到y(tǒng)很容易被環(huán)境中的微小擾動(dòng)破壞——物理學(xué)家稱之為噪聲。

研究人員一直在探索如何處理噪聲，但許多人預(yù)計(jì)，量子系統(tǒng)必須大幅擴(kuò)展才能真正有用，這樣他們才能將大部分量子比特用于校正噪聲引起的誤差。

IBM并不是第一個(gè)有如此雄心的公司。谷歌表示，其目標(biāo)是在21世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)100萬個(gè)量子比特，盡管除開糾錯(cuò)以外只有1萬個(gè)量子比特可用于計(jì)算。總部位于美國(guó)馬里蘭州的IonQ計(jì)劃在2028年前實(shí)現(xiàn)1024個(gè)“邏輯量子比特”的運(yùn)算，每個(gè)邏輯量子比特將包括13個(gè)物理量子比特組成的糾錯(cuò)電路。與谷歌一樣，總部位于美國(guó)帕洛阿爾托的PsiQuantum也計(jì)劃建造一臺(tái)百萬量子比特的量子計(jì)算機(jī)，但它沒有透露其時(shí)間線或糾錯(cuò)要求。

由于這些要求，高調(diào)宣傳物理量子比特的數(shù)量有點(diǎn)轉(zhuǎn)移注意力的意味——它們是如何構(gòu)建的技術(shù)細(xì)節(jié)至關(guān)重要，這些細(xì)節(jié)會(huì)影響它們對(duì)噪聲的彈性和操作易用性等因素。相關(guān)公司通常會(huì)提供額外的性能指標(biāo)，如“量子量”和“算法量子比特”的數(shù)量。在未來十年，糾錯(cuò)、量子比特性能和軟件主導(dǎo)的錯(cuò)誤“緩解”方面的進(jìn)步，以及不同類型量子比特之間的主要區(qū)別，將使這場(chǎng)競(jìng)賽變得日漸白熱化。

甘貝塔表示，該行業(yè)還需要更多的“量子計(jì)算科學(xué)家”，對(duì)于創(chuàng)造機(jī)器的物理學(xué)家和希望設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)有用算法的開發(fā)人員之間的分歧，這些“量子計(jì)算科學(xué)家”可以起到彌合的作用。

在量子機(jī)器上運(yùn)行的軟件也將是至關(guān)重要的。甘貝塔說：“我們希望盡快建立起這個(gè)行業(yè)，最好的方法是讓人們開發(fā)與我們的經(jīng)典軟件庫(kù)類似的軟件。”

他表示，這就是為什么IBM在過去幾年里一直致力于向?qū)W術(shù)研究人員提供其系統(tǒng)的原因：IBM的量子處理器可以通過云使用定制的接口來工作，而這些接口只需要對(duì)量子計(jì)算的技術(shù)細(xì)節(jié)有最低的了解。他說，已經(jīng)有大約2000篇關(guān)于使用該公司量子設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的研究論文；“對(duì)我來說，這個(gè)跡象表明創(chuàng)新正在發(fā)生?！?/p>

這并不能保證為這個(gè)項(xiàng)目指定的1億美元將足以實(shí)現(xiàn)10萬量子比特的目標(biāo)?！斑@肯定是有風(fēng)險(xiǎn)的?！备守愃f。

新加坡量子軟件開發(fā)商Horizon Quantum的CEO喬·菲茨西蒙斯（Joe Fitzsimons）對(duì)此表示贊同。他說：“這不太可能是一個(gè)一帆風(fēng)順的旅程。”

但是，他補(bǔ)充道，這是一個(gè)必須承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)：該行業(yè)必須面對(duì)失敗的恐懼，并努力克服大規(guī)模量子計(jì)算面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。菲茨西蒙斯說，IBM的計(jì)劃似乎是合理的，盡管有很多潛在的障礙。他說：“在這種規(guī)模下，控制系統(tǒng)將是一個(gè)限制因素，需要大幅發(fā)展，以合理有效的方式支持如此大量的量子比特?！?/p>

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