IBM的路线图目标是4000多Qubit量子计算机
今年的下一个议程是：433量子位处理器。2022年5月12日，作者Arjun Nijhawan
本周，IBM发布了一份路线图，概述了其未来几年量子计算发展目标的轨迹。
显示IBM量子计算机未来几年的预测能力的路线图。图片由IBM提供
这一路线图的核心是IBM对量子位叠加的关注。量子位是经典比特的量子力学模拟。但与经典比特（可以取1或0、“开”或“关”的值）不同，量子位可以取两种状态叠加的值。通过叠加操作几个量子位，量子计算机能够比使用相同位数的经典计算机更快地执行大量计算。
布洛赫球体显示了量子位的各种状态，表示为3D矢量空间。图片由Smite Meister提供[CC BY-SA 3.0]
4000多Qubit量子计算机
到2024年，IBM的目标是制造一种名为Kookaburra的4000多量子比特量子计算机，开发者可以通过基于云的Qiskit Runtime访问该计算机。Qiskit是一个量子计算SDK，旨在抽象量子计算硬件的非常复杂的细节，并允许开发人员专注于手头的任务。
量子电路的表示。图片由IBM提供
特别是，Qiskit允许开发人员轻松利用预先构建的量子电路库来执行复杂的计算。量子电路是一种计算程序，包括对量子位的运算和经典计算。通过将Qiskit提供为一种名为Qiskit Runtime的基于云的服务，IBM旨在允许开发人员在世界任何地方的真实量子硬件上远程运行他们的例程。
鱼鹰和秃鹰量子处理器
虽然到2024年，4000多量子比特量子计算机是IBM的既定目标，但该公司正在开发两种量子处理器，将于2022年和2023年发布：鱼鹰和秃鹰。
IBM鱼鹰是一款433量子位量子计算机，计划于2022年下半年发布。据说该处理器具有更高效、更密集的控制和低温基础设施，以提高系统的稳定性并降低噪音。IBM Condor是一款1000+量子位的量子计算机，它使用一台大型稀释冰箱来冷却量子计算机的超导硬件。
显示五量子位器件的布局。图片由IBM提供
在IBM量子计算机中，冷却的超导体被用来创建量子位，磁通噪声可能是计算误差的主要来源。因此，找到保护量子硬件免受此类环境噪声源影响的方法至关重要。
用于在小型硬件上运行大型电路的电路编织
根据IBM的说法，使用当前量子计算机的主要挑战之一是弄清楚如何在100个量子位系统上运行更大的，比如400个量子位数的量子电路。电路编织是一种通过将大型量子电路划分为能够在较小规模硬件上运行的较小电路来实现这一点的技术。
电路编织。右图是一个分区的量子电路。图片由IBM提供
这样的划分是以增加经典计算的成本为代价的，因为每个划分的结果都被馈送到经典模拟器以找到最终结果。虽然这种编织的成本随着所需的分区数量而增加，但在足够的量子硬件可用之前，运行更大的量子位电路仍然是一种可行的技术。
迈向IBM量子计算的下一步
IBM最初在2020年宣布了其量子路线图，列出了从2019年的27量子位蜂鸟处理器到计划于2023年推出的1121量子位秃鹰的进展。IBM已经如期推出了其中几款处理器，包括去年的127量子位Eagle。
Eagle处理器的展开视图。图片由IBM提供
IBM已将模块化量子计算确定为实现这些雄心勃勃的硬件目标的关键重点。模块化量子计算要求IBM：
- 找到一种跨多个处理器进行经典通信和并行操作的方法
- 释放短程芯片级耦合器，创建一个更大的处理器
- 在处理器之间建立量子通信链路
着眼于1000+量子位系统，IBM还在2020年制造了一款名为“Goldeneye”的所谓超级冰箱，高10英尺，宽6英尺。这种稀释冰箱比当今任何商业型号都要大，可以容纳一百万个量子位。
特色图片由IBM提供。