如約而至，昨日（12月4日），在紐約舉行的年度IBM 量子峰會(huì)上，IBM 推出具有 1121 Q 的 IBM Condor量子處理器，這是IBM 2022年5月發(fā)布的量子發(fā)展路線圖目標(biāo)，即到2023年實(shí)現(xiàn)1000+Q。
不僅如此，IBM 量子峰會(huì)上，還同時(shí)發(fā)布了另一款量子處理器IBM Quantum Heron，該處理器IBM稱之為IBM 全球性能最高的量子處理器，下文將詳細(xì)進(jìn)行解讀。
與此同時(shí)，IBM還發(fā)布了基于Heron芯片的IBM最新量子系統(tǒng) IBM Quantum System Two，并對(duì)其路新圖進(jìn)行了重大更新。
圖｜IBM 量子副總裁 Jay Gambetta 在 IBM 2023 年量子峰會(huì)上展示了“Heron”芯片。（來(lái)源：IBM）
01.
“最高”量子處理器
作為量子計(jì)算機(jī)的“大腦”，IBM此次發(fā)布的兩款量子處理器可謂夠“份量”。
IBM Condor是迄今為止發(fā)布的最大的基于超導(dǎo)的量子處理器，具有 1,121 個(gè)量子比特。
IBM表示，Condor 為擴(kuò)展到完全糾錯(cuò)、互連、超過(guò) 100 萬(wàn)量子比特的量子計(jì)算機(jī)奠定了基矗
當(dāng)下，IBM 量子科學(xué)家正在一臺(tái)大型稀釋制冷機(jī)內(nèi)建造一臺(tái)名為 Condor 的量子計(jì)算機(jī)，配備 1,121 個(gè)量子比特處理器。該稀釋制冷機(jī)具有 10 英尺高、6 英尺寬，內(nèi)部代號(hào)為“Goldeneye”，是目前為止世界上最大的商用稀釋制冷機(jī)。
而IBM Quantum Heron，IBM將之稱為IBM 全球性能最高的量子處理器，是IBM此次重磅發(fā)布的得意之作。Heron是 IBM 歷經(jīng)四年為提高門性能所做出的努力的產(chǎn)物。
Heron 具有 133 個(gè)量子比特和可調(diào)諧耦合器，與IBM之前的旗艦 127 量子比特 Eagle 處理器相比，設(shè)備性能提高了 3-5 倍，并且?guī)缀跸舜當(dāng)_。
圖｜在 2023 年 IBM 量子峰會(huì)上，“IBM Quantum Heron”作為 IBM 迄今為止性能最高的量子處理器發(fā)布，其全新構(gòu)建的架構(gòu)將錯(cuò)誤減少率提高了五倍。（圖片來(lái)源：IBM 的 Ryan Lavine）
Heron的模塊化架構(gòu)基于可調(diào)諧耦合器，與之前的量子處理器架構(gòu)不同。新架構(gòu)將量子處理器連接到公共控制基礎(chǔ)設(shè)施，以便數(shù)據(jù)可以在多芯片環(huán)境中的 QPU 和其他芯片之間經(jīng)典、實(shí)時(shí)地流動(dòng)。它還使用了一種新的多量子比特門方案，速度更快，保真度更高。
Heron 是第一個(gè)使用新架構(gòu)的 IBM 芯片，該架構(gòu)允許使用經(jīng)典耦合器鏈接多個(gè)處理器，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)典并行化。多芯片 Heron 配置是可擴(kuò)展的，并且可以根據(jù)需求和應(yīng)用要求進(jìn)行擴(kuò)展。
量子硬件的模塊化設(shè)計(jì)、經(jīng)典耦合和并行化都是設(shè)計(jì)未來(lái)量子處理器的基本要素，Heron 中集成的經(jīng)典邏輯還減少了系統(tǒng)延遲。
圖｜IBM 的 133 量子比特 Heron 處理器（來(lái)源：IBM）
相關(guān)性能指標(biāo)，可詳閱IBM發(fā)布的研究論文。
論文鏈接：https://arxiv.org/abs/2311.05933
此次推出的最新量子系統(tǒng) IBM Quantum System Two，便是基于IBM Quantum Heron量子處理器的。
IBM 院士兼 IBM Quantum 副總裁 Jay Gambetta 表示：“這是一個(gè)漂亮的設(shè)備，它比以前的好五倍，錯(cuò)誤少得多，而且串?dāng)_無(wú)法真正測(cè)量。”
02.
最新量子系統(tǒng)
在 IBM 量子峰會(huì)上，IBM發(fā)布了最新的量子系統(tǒng) IBM Quantum System Two，該系統(tǒng)基于三個(gè)Heron 處理器構(gòu)建。
IBM表示， IBM Quantum System Two 是該公司的第一臺(tái)模塊化量子計(jì)算機(jī)，也是 IBM 以量子為中心的超級(jí)計(jì)算架構(gòu)的基石。根據(jù)IBM最新路線圖顯示，更先進(jìn)的處理器將使用基于Heron更先進(jìn)的糾錯(cuò)方案。
IBM表示，雖然IBM Quantum System Two是一個(gè)重大飛躍，但真正令人興奮的是該技術(shù)可以擴(kuò)展，同時(shí)大幅降低錯(cuò)誤率。他們認(rèn)為糾錯(cuò)比他們想象的更接近。
IBM 表示，我們目前正處于量子計(jì)算的第2、第3時(shí)期。這個(gè)時(shí)期的研究重點(diǎn)是表征量子硬件、錯(cuò)誤緩解和抑制以及概念驗(yàn)證應(yīng)用。
圖｜量子計(jì)算的三個(gè)時(shí)期（來(lái)源：IBM）
IBM 發(fā)表了約 2595 篇分享其想法和進(jìn)展的研究論文，現(xiàn)在將在 2024 年底前在美國(guó)、加拿大、日本和德國(guó)設(shè)立 8 個(gè)量子計(jì)算中心，為全球科學(xué)家和合作伙伴提供對(duì) IBM Quantum System Two的訪問。
當(dāng)下，首臺(tái) IBM Quantum System Two位于紐約州約克敦高地，已開始運(yùn)行。
圖｜IBM Quantum System Two（來(lái)源：IBM）
03.
硬件路線圖，糾錯(cuò)在 2029 年成為可能
在IBM 2023量子峰會(huì)上，IBM 制定了兩個(gè)路線圖：硬件和軟件的開發(fā)路線圖和創(chuàng)新路線圖。
這兩張新路線圖并沒有像去年的路線圖那樣對(duì)未來(lái)幾年進(jìn)行小幅展望，而是揭示了 IBM 未來(lái)十年的量子計(jì)算計(jì)劃。
路線圖詳細(xì)介紹了提供量子優(yōu)勢(shì)所需的軟件和支持硬件技術(shù)。
圖｜ 2023 年 IBM 量子峰會(huì)上IBM 將 IBM 量子發(fā)展路線圖延長(zhǎng)至 2033 年，并制定了到 2029 年的 IBM 量子創(chuàng)新路線圖。
（來(lái)源：
IBM）
從路線圖后期顯示的加速量子比特計(jì)數(shù)、門計(jì)數(shù)和糾錯(cuò)可以明顯看出，IBM 相信在某個(gè)時(shí)候量子比特將不再限制量子計(jì)算機(jī)的規(guī)模。
IBM 路線圖中的硬件和軟件開發(fā)旨在使糾錯(cuò)量子計(jì)算在 2029 年成為可能。IBM 已經(jīng)規(guī)劃出一條順序和邏輯路徑，用于創(chuàng)建模塊化的糾錯(cuò)架構(gòu)。IBM 目前正在努力進(jìn)一步開發(fā)低密度奇偶校驗(yàn)，這是一種很有前途的軟件糾錯(cuò)碼。
在路線圖上，使用多芯片鏈接在量子處理器之間建立通信，四年內(nèi)的錯(cuò)誤緩解 Flamingo 處理器將從 2025 年的 5,000 個(gè)門增長(zhǎng)到 2028 年的 15,000 個(gè)門。模擬并驗(yàn)證了為二維最近鄰量子比特陣列量身定制的獨(dú)特糾錯(cuò)協(xié)議。
到 2026 年，Kookaburra 處理器中的邏輯內(nèi)存和操作證明大規(guī)模噪聲抑制是可能的。
從 2028 年開始，這種噪聲抑制與 Starling 處理器開始穩(wěn)定增加的電路深度和量子比特計(jì)數(shù)相結(jié)合，可產(chǎn)生超出經(jīng)典驗(yàn)證所能達(dá)到的糾錯(cuò)準(zhǔn)確輸出。
到2033年以后，以量子為中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)將包含 1000 個(gè)邏輯量子比特，從而釋放量子計(jì)算的全部能力，即真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用量子計(jì)算機(jī)。
在此過(guò)程中，IBM 為其正在研究的每個(gè)主要組件提供了年度目標(biāo)。新的糾錯(cuò)碼和系統(tǒng)模塊化以及互連的構(gòu)建塊將使數(shù)百萬(wàn)個(gè)量子比特能夠提供相同的整體性能，糾錯(cuò)碼呈現(xiàn)為數(shù)十萬(wàn)個(gè)量子比特，并與 IBM 正在創(chuàng)新的新耦合器互連。
圖｜IBM 正在開發(fā)三種類型的耦合器，用于將量子比特互連到大型系統(tǒng)中（來(lái)源：IBM）
根據(jù)路線圖，Kookaburra 是 2026 年的下一個(gè)主要芯片，構(gòu)成了可擴(kuò)展性和錯(cuò)誤減少功能的初始構(gòu)建塊，并將在 2033 年演變成 “Blue Jay”，之后將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用量子計(jì)算機(jī)。
下圖詳細(xì)介紹了實(shí)現(xiàn) Blue Jay 的關(guān)鍵步驟：
圖｜通往 Blue Jay之路（來(lái)源：
IBM）
04.
軟件路線圖概述
擴(kuò)展和增強(qiáng) IBM 的硬件還需要廣泛的軟件和架構(gòu)增強(qiáng)。
2024年，IBM將發(fā)布Qiskit 1.0
。
這是一個(gè)重大的發(fā)展，因?yàn)樗馕吨\(yùn)行時(shí)將管理量子比特控制和經(jīng)典接口。
這對(duì)于跨模塊化單元有效執(zhí)行復(fù)雜的量子電路至關(guān)重要。
架構(gòu)上的改變將使連接多個(gè)量子處理器變得可行，這可能是使用 1,000 多個(gè)邏輯量子比特來(lái)解決前所未有的問題規(guī)模所必
需的。
Qiskit 1.0將為開發(fā)者構(gòu)建量子電路和應(yīng)用提供穩(wěn)定可靠的平臺(tái)。這是讓量子計(jì)算對(duì)更廣泛的用戶來(lái)說(shuō)更容易獲得和實(shí)用的重要一步。
該路線圖還支持以量子為中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)的概念，這是經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的融合，其中每種技術(shù)都能處理其最擅長(zhǎng)的事情。軟件和系統(tǒng)創(chuàng)新將平衡經(jīng)典資源的使用，同時(shí)最大化量子并行性。這意味著量子計(jì)算可以更高效、更有效地用于廣泛的應(yīng)用。
圖｜IBM Qiskit 的廣泛適用性（來(lái)源：
IBM）
05.
2033年后，實(shí)現(xiàn)商用
IBM 制定了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)十年的積極路線圖，旨在解決糾錯(cuò)這一終極量子挑戰(zhàn)。新的路線圖反映了IBM創(chuàng)建新系列量子處理器、軟件和服務(wù)的計(jì)劃，這將導(dǎo)致下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)以量子為中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)。
IBM 的所有路線圖開發(fā)和計(jì)劃最終都會(huì)在 2033 年以 2,000 個(gè)量子比特和 10 億個(gè)量子門的形式收斂。
對(duì)于其量子計(jì)算計(jì)劃的里程碑目標(biāo)，IBM 從未失信。這項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)十年的計(jì)劃，可能會(huì)使真正的大規(guī)模糾錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)到來(lái)，且拭目以待。
引用：
[1]https://newsroom.ibm.com/2023-12-04-IBM-Debuts-Next-Generation-Quantum-Processor-IBM-Quantum-System-Two,-Extends-Roadmap-to-Advance-Era-of-Quantum-Utility
[2]https://newsroom.ibm.com/IBM-research?item=32425
[3]https://arxiv.org/abs/2311.05933
[4]https://www.forbes.com/sites/karlfreund/2023/12/04/ibm-launches-quantum-system-two-and-a-roadmap-to-quantum-advantage/?sh=6a3e6366464c
[5]https://www.electronicspecifier.com/products/quantum/ibm-unveils-a-number-of-new-quantum-computing-developments
[6]https://arstechnica.com/science/2023/12/ibm-adds-error-correction-to-updated-quantum-computing-roadmap/
[7]https://www.eenewseurope.com/en/ibm-launches-133-qbit-quantum-chip-looks-to-1bn-gates/
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