IBM公布127量子位处理器,领先谷歌和中国科技大学水平一倍?

智东西(公众号:zhidxcom)
编译 |  程茜
编辑 |  李水青

智东西11月16日消息,本周一,IBM公司表示,其新型Eagle计算芯片可以将127个量子位串联在一起,并创造出世界上最大的超导量子计算机,其规模超过了谷歌和中国目前生产的最先进机器。

其高管认为,该芯片将使量子计算机在未来两年内在某些任务上开始超越传统计算机。

IBM公布127量子位处理器,领先谷歌和中国科技大学水平一倍?

IBM还介绍了量子系统Quantum System 2,该系统将与超过1000个量子位的处理器配合使用。

但目前IBM还未公布除量子比特数以外的信息来证明其新处理器的性能,众多专家表示对该处理器持保留意见。

一、127量子位处理器,领先世界先进水平一倍?

世界各地的团队正在寻求几种方法来创建实用的量子计算机,包括超导体和纠缠光子,目前尚不清楚哪种方法将成为推动经典计算革命的晶体管。

超导体和纠缠光子的量子比特实现方式不一样,纠缠光子主要以光子的偏振自由度,角动量等为量子比特,超导基于约瑟夫森结作为量子比特。目前,相比于纠缠光子,超导方案的扩展性较好。

2019 年,谷歌宣布其Sycamore处理器采用与IBM合作的相同超导架构,实现了量子霸权,使用量子计算机解决经典计算机无法解决的问题。该处理器使用了54个量子位,但此后被中国科学技术大学(USTC)的祖冲之超导处理器的56和60量子位演示所超越。

在纠缠光子领域,美国史蒂文斯理工学院的研究人员创造了一种基于芯片的光子源,其效率是以前的100倍,这使大规模量子设备集成变得触手可及。

去年,IBM概述了其硬件和软件路线图。预计到2025年,IBM将推出无摩擦量子计算,以实现超越经典计算的广泛应用。IBM还预计,随着时间的推移,量子将成为其业务的重要组成部分,以构建生态系统。

以前的设备可以串联多达60个超导量子位或量子位,它们可以协同工作来解决问题。但IBM表示,其新型Eagle计算芯片将127个量子位串联在一起,使这个数量增加了一倍多。Eagle利用新技术将控制组件置于多个物理层,同时将量子位保持在单个层上。

IBM公布127量子位处理器,领先谷歌和中国科技大学水平一倍?

IBM首席量子指数负责人Bob Sutor表示,Eagle代表着向扩展量子计算迈出的一大步,并且是该公司第一个包含100多个量子位的处理器。“Eagle是我们所处位置的关键点,一切都在正轨上。”苏托说。

迄今为止,IBM已部署了大约50个量子系统,其中大约20个可通过云使用。除美国外,IBM还安装了两个量子系统。

Eagle是在IBM纽约制造工厂生产的,但Sutor指出,其产量并不高。因此该处理器目前只能只用在IBM自己的系统中。“由于量子位的性质以及它们需要如何协同工作,构建量子处理器要复杂得多。”Sutor补充说。

在一篇博客文章中,IBM概述了Eagle的架构:“我们必须结合和改进在前几代IBM量子处理器中开发的技术,以开发包括先进3D封装技术在内的处理器架构,我们相信它可以构成处理器的支柱,包括我们计划制造的1000+量子位Condor处理器。”

“Eagle是基于我们的Falcon处理器首次亮相的重六边形量子位布局,其中量子位与两个或三个相邻的量子位连接,这种特殊的连接性降低了由相邻量子位之间的相互作用引起的错误的可能性,显著提高了处理器的产量。”

Eagle 3D封装架构的结果是可以使用更多可用的量子位。Sutor补充说,但在经典计算机上无法完全模拟Eagle。

Eagle将在12月提供给IBM Quantum Network的部分成员。

二、明年推出1121个量子位的芯片,量子计算机拐点将至

传统计算机只能同时计算1或0,但量子位可以同时存储和调用1和0的叠加态。量子计算机的运行速度将比传统计算机快得多,但量子位极其难以构建,并且需要放置在巨大的低温冰箱中才能正常运行。

IBM表示,其新的Eagle芯片是第一个拥有超过100个量子比特的芯片。它在构建芯片时学到的新技术可以将量子计算机制冷和控制系统相结合,最终将产生更多的量子比特。

IBM还表示,它计划在2022年推出具有433个量子位的Osprey芯片和具有1121个量子位的Condor芯片,届时它将接近所谓的“量子优势”,即量子计算机可以击败经典计算机的关键点。

IBM高级副总裁兼研究部门负责人Darío Gil表示,这并不意味着量子计算机会一下子超越传统计算机。相反,IBM所设想的是这样一个世界: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。

“我们相信,在未来几年内,我们将能够展示具有实用价值的量子优势,这是我们的追求。”Gil说。

三、量子位数第一,其他细节尚未公开

加拿大公司D-Wave Systems多年来一直在销售由数千个量子位组成的机器,但它们被广泛认为是针对称为量子计算的特定算法而不是完全可编程的量子计算机。近年来,量子计算的许多进展都集中在超导量子位上,这是Google、USTC和IBM支持的主要技术之一。

Sutor表示:“打破100量子比特的障碍更多是心理上的,而不是物理上的,但这表明技术可以发展。有了Eagle,我们就证明了我们可以扩展,我们可以开始生成足够的量子比特,从而走上一条拥有足够计算能力来解决有趣问题的道路。这是通往更大机器的垫脚石。”

但是,很难将IBM芯片的功能与以前的处理器进行比较。谷歌和中国科技大学都使用了一种通用测试来评估此类芯片,即模拟量子电路并从其输出中采样随机数。IBM声称已经创造了一种更具可编程性和适应性的处理器,但尚未发表一篇学术论文来阐述其性能或能力。

牛津大学的Peter Leek表示,如果完全根据量子比特数来评估性能,那么Eagle的性能令人惊奇,但还有其他一些指标需要考虑,Eagle尚未发布这些指标。“这绝对是积极的,他们正在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。”他说。

德克萨斯大学奥斯汀分校的Scott Aaronson对现阶段判断新处理器的重要性也有类似的保留意见,称需要更多细节。“我希望这些信息即将到来。”他说。

四、配套量子系统2023年启动,更加模块化

本周一,IBM还预览了其量子系统Quantum System 2,该系统将与超过1000个量子位的处理器配合使用。IBM Quantum System 2将更加模块化,能够在一个系统中容纳和冷却多个处理器。

这种Quantum System 2架构使客户能够在不影响整个设置的情况下操作和测试系统的各个部分。IBM最新的量子系统将于2023年在IBM研究院启动并运行。

关于Quantum System 2的模块化,IBM表示:“有了这个系统,我们为硬件提供了灵活性,以继续增加我们的芯片规模。研究团队正在采用整体系统方法来支持我们即将推出的Osprey和Condor处理器,还可以支持未来的量子处理器,因为我们将继续沿着硬件路线图前进。”

“Quantum System 2结合了新一代可扩展的量子位控制电子设备以及更高密度的低温组件和电缆。此外,我们正在与制冷机供应商Bluefors Cryogenics合作,重新构想低温平台。Bluefors的新Kide Cryogenic平台及其六边形的形状优化了冰箱内部空间,以适应更大处理器所需的更多硬件。”

Sutor没有提供要部署的IBM Quantum System 2的数量目标。Sutor乐观地认为IBM可以使用该系统来扩大其覆盖范围。

“我们从其他人安装和支持远程系统中学到了很多技术和方法。”Sutor说,“这类似于美国宇航局必须指导太空中的宇航员进行维修的方式。”

结语:量子计算领域记录再刷新

IBM表示,127量子位Eagle处理器现在位居量子处理器榜首,成为将要展示的最大、理论上也是最强大的超导量子计算机。每增加一个量子位就代表着能力向前迈进了一大步,传统计算机的功率会随着它们的增长而线性增加,而额外的一个量子位增加能够使量子处理器的潜在功率增加一倍。

但IBM量子处理器的具体性能还需等待其公开更多数据信息,才能更加有力地佐证这一技术的发展。

来源:路透社、ZDNet、NewScientist