127個量子位！IBM推出超導(dǎo)量子計算機(jī)“Eagle”，稱向擴(kuò)展量子計算邁出一大步

IBM 的首席量子指數(shù)負(fù)責(zé)人鮑勃·蘇托爾（Bob Sutor）表示，“Eagle 是 IBM 當(dāng)前所處位置的關(guān)鍵點，一切都在正軌上，代表著 IBM 向擴(kuò)展量子計算邁出一大步?！?br />
Eagle 的出現(xiàn)，或?qū)Ⅱ?qū)使量子計算機(jī)在今后的兩年中逐漸趕超傳統(tǒng)計算機(jī)。

據(jù)了解，相比于傳統(tǒng)計算機(jī)，量子計算機(jī)的最大優(yōu)勢是：不只能計算 1 和 0 兩種狀態(tài)，還能夠處于它們的疊加態(tài)。因此，當(dāng)量子計算機(jī)運(yùn)行時，其能夠達(dá)到相較于傳統(tǒng)計算機(jī)更快的速度。

然而，量子計算機(jī)的量子位構(gòu)建難度較大，且運(yùn)行條件嚴(yán)苛，需處于超低溫冰箱中。

此前，IBM 制造出的處理器設(shè)備最多能夠達(dá)到 60 個量子位，這些量子位通過相互配合來完成工作任務(wù)。

而最新推出的 Eagle 將 127 個量子位連接在一起，不僅使原先達(dá)到的量子位數(shù)量增加了一倍多，而且成為 IBM 第一個含 100 多個量子位的處理器設(shè)備。

IBM 表示，“我們必須結(jié)合和改進(jìn)在前幾代量子計算機(jī)中的技術(shù)，以開發(fā)包括先進(jìn) 3D 封裝技術(shù)在內(nèi)的處理器架構(gòu)。我們相信，Eagle 可以構(gòu)成量子處理器設(shè)備的支柱。”

據(jù)悉，在新技術(shù)的支持下，Eagle 可將量子位單獨維系在某一層上，而其他組件散布在不同的物理層上。

IBM 表示，其研發(fā)的新技術(shù)可以融合已有的電子制冷技術(shù)及其用于量子計算機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)，從而產(chǎn)生更多的量子位。

到現(xiàn)在為止，IBM 已安排了 50 個左右的量子系統(tǒng)。其中，以云計算來使用的量子系統(tǒng)占到總數(shù)的五分之二。

此外，蘇托爾稱，“由于量子位的性質(zhì)以及它們需要協(xié)同工作，構(gòu)建量子處理器要復(fù)雜得多?！?br />
據(jù)了解，Eagle 當(dāng)前的生產(chǎn)效率并不高，現(xiàn)在只在 IBM 的內(nèi)部系統(tǒng)中應(yīng)用。12 月，該處理器將提供給 IBM Quantum Network 團(tuán)隊。

不過，Eagle 采用的是 “Falcon 處理器的重六邊形量子位布局，一個量子位連接兩個或三個相鄰的量子位。在這種特殊的連接下，Eagle 相鄰量子位之間因相互作用而引起的錯誤的可能已有所降低，有助于提高該處理器的產(chǎn)量?！?br />
事實上，全球研究者們一直試圖研發(fā)出一臺具備實際使用價值的量子計算機(jī)，并從超導(dǎo)體和糾纏光子兩方面進(jìn)行探索。其中，超導(dǎo)體將約瑟夫森結(jié)（Josephson junction）作為量子位，而糾纏光子主要以光子的偏振自由度、相位和角動量等作為量子位。

此前，來自美國史蒂文斯理工學(xué)院的研究團(tuán)隊利用糾纏光子方法，研發(fā)出一種新型光子源，其不僅從效率上提升了 100 倍左右，而且推動了大規(guī)模量子設(shè)備集成的發(fā)展進(jìn)程。

不過，從擴(kuò)展性上考慮，超導(dǎo)體其實遠(yuǎn)勝于糾纏光子。

2019 年 10 月，谷歌宣稱，其研發(fā)的 “Sycamore” 處理器使用 54 個量子位，通過 IBM 也在應(yīng)用的一個超導(dǎo)架構(gòu)，實現(xiàn)了 “量子至上”（Quantum Supremacy），能夠解決經(jīng)典計算機(jī)無能為力的問題。

隨后，來自中國科技大學(xué)研究團(tuán)隊的 “祖沖之”（Zuchongzhi）超導(dǎo)處理器進(jìn)行了 62 個量子位的突破。

據(jù)了解，傳統(tǒng)計算機(jī)是線性平穩(wěn)增加功率，而量子計算機(jī)隨著量子位的增加，其功率會加倍提升。因此，哪怕只有一個量子位的突破，都意味著量子計算機(jī)在處理能力上又提高一大截。

蘇托爾認(rèn)為，打破 100 個量子位的障礙更多是心理上的，而不是物理上的。他表示，Eagle 證實了能夠擴(kuò)展生成足夠量子位的可能性，未來的處理器將擁有足夠的計算能力來解決更多問題。

需要注意的是，對于 Eagle 的性能，現(xiàn)在還難以將其與以前的處理器進(jìn)行比較。

此前，谷歌和中國科技大學(xué)采用通用測試的方式，對隨機(jī)量子電路的輸出分布進(jìn)行隨機(jī)數(shù)采樣，以評算出這類處理器的性能。

但牛津大學(xué)的彼得·里克（Peter Leek）認(rèn)為，完全根據(jù)量子位來評估處理器性能并不合適，還需要綜合考慮到其他方面，而 IBM 目前還未透露更多 Eagle 除量子位以外的信息。

此外，里克表示，“制造具有更多量子位的東西是件好事，但最終只有當(dāng)處理器性能非常好時，它才會變得有用。”

值得一提的是，IBM 正籌劃在 2022 年以前再次進(jìn)行重大的量子位突破，制造出分別達(dá)到 433 和 1121 個量子位的處理器。

屆時，該公司或?qū)崿F(xiàn)所謂的 “量子霸權(quán)”（Quantum Supremacy），即量子計算機(jī)完全擊敗所有經(jīng)典的傳統(tǒng)計算機(jī)。

對此，IBM 的高級副總裁兼研究部門負(fù)責(zé)人達(dá)里奧·吉爾（Darío Gil）稱，“這并不意味著量子計算機(jī)會一下子完全超越傳統(tǒng)計算機(jī)。相反，IBM 所設(shè)想的世界是：計算應(yīng)用程序的某些部分在傳統(tǒng)芯片上運(yùn)行，而某些部分在量子芯片上運(yùn)行，這取決于什么最適合特定任務(wù)?！?br />
未來，量子計算或?qū)⒊蔀檎紦?jù) IBM 公司業(yè)務(wù)的主力，同時，該業(yè)務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)也將得到完善。

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參考：
https://www.newscientist.com/article/2297583-ibm-creates-largest-ever-superconducting-quantum-computer/#ixzz7CRKUayXV