昨日(9月15日),IBM发布了扩展量子技术路线图,该路线图将带领IBM到2023年实现超过1000量子比特的量子计算设备。

路线图展示了IBM将在2021年实现127个量子比特,2022年实现433个量子比特,2023年实现1121个量子比特,而之后向百万级量子比特迈入!

IBM发布百万级量子比特量子设备技术路线图-量子客
图1 |IBM量子技术路线图(来源:IBM)

IBM表示,当下,该路线图的核心任务是设计一个通过云部署的全栈量子计算机,以使世界各地的人们都可以对其进行编程。

而IBM的终极目标是:建造一个大型量子计算机,进入一个超越传统计算机可能的领域,以便在各个行业运行革命性的应用程序,生成改变世界的新材料,或者改变传统业务过往的方式。

 

通往百万量子比特的道路

而对于量子计算设备而言,为实现百万级别量子比特的量子计算机,不仅是量子比特数量的增加,更重要的是在前进的道路中,对编译器的改进,噪声的处理,量子比特保真度提升,长相干时间,高读出保真度等都同步改善。

在IBM 9月初最新发布的65-Qubit量子处理器,详情参阅量子客文章《IBM发布其有史以来最大的量子计算机系统》,如上提到的几个方面都得到了很大的改进,该处理器具有读出多路复用功能,将8个量子比特的读出信号合并为一个,减少了读出所需的总线路和元件数量,提高了扩展能力,同时保留了 Falcon 一代处理器的所有高性能特性,显著地减少了相关控制系统中的信号处理延迟时间。

IBM发布百万级量子比特量子设备技术路线图-量子客
图2|IBM 65量子位拓扑设计 (来源:IBM)

 根据路线图,在2021年即将推出的127-Qubit量子处理器,被名为IBM Quantum Eagle,其在当前基础上进行了一系列升级,如通过硅通孔(tsv)技术和多级布线提供了有效扇出大量经典控制信号的能力,同时保护分离层中的量子比特,以保持较长的相干时间。

除此之外,IBM Quantum Eagle采用 Falcon 引入的双量子比特门和六边形量子比特布局的固定频率方法,在连通性和减少串扰误差之间达成了微妙的平衡。这种量子比特布局可以实现IBM首次发布的“重六边形”纠错代码[1]。

IBM发布百万级量子比特量子设备技术路线图-量子客
图3|六边形量子比特布局(来源:IBM)

而在2022年将发布的433-Qubit的量子处理器被命名为IBM Quantum Osprey 。其将根据前期的设计原则,实现更高效、更密集的控制。

改进的低温基础设施将实现在扩大处理器规模的同时确保单个量子比特的性能,不会引入更多的噪声源,也不会占用太大的空间。

结合前期的经验,在2023年,IBM将实现1121-Qubit的量子处理器IBM Quantum Condor,IBM Quantum Condor将是一个重大的里程碑,标志着实现大规模量子计算设备的可能性,同时表示量子计算机将更高效的实现量子优势。

 

实现百万级量子设备的方式

量子计算机虽潜能巨大,但其核心的量子比特却非常的脆弱,因此,大家看到的像Google、IBM、中科大的量子芯片都是置于一个“大桶”中,这个“大桶”的目的是保护量子比特不受外界干扰,而且提供所需的工作环境,被称为稀释制冷机。

IBM发布百万级量子比特量子设备技术路线图-量子客
图4 |IBM量子计算机(来源:IBM)

随着量子计算设备的不断扩展,市场上当前的稀释制冷机已经无法再满足需求。因此,IBM推出了一个10英尺高、6英尺宽的“超级制冷机”,代号为“Goldeneye”。

当下,该制冷机已经进行了基本的可行性测试,IBM表示,在设计Goldeneye时是以百万量子系统的基础为前提的,每个稀释制冷机能够容纳百万个量子比特。

而实现百万级别的量子计算机系统的方式便是通过量子互连,就像互联网将超级计算机连接起来一样,将多个系统连接起来,最终创建一个大规模并行处理的量子计算机系统。

 

行业引领,提前布局

IBM在量子计算领域,一直是标杆性的企业,为行业提供了很深的见解与产品开发楷模,从路线图看得出,在量子计算赛道上,IBM全力推进,孤注一掷,志在必得。

根据路线图,IBM未来的量子比特数正以指数级速度递增。不仅数量上快速迭代,在量子比特本身的质量上也同步提升,真正做到“数量”与“质量”兼并。

而且,IBM一向注重生态系统的搭建,这给后期量子计算被大规模使用研究,打下来夯实基础。

同时,IBM也表示,随着该路线图的实现,容错量子计算机将在未来十年内实现。过去认为不可能的事情,正一步步走向现实!

 

参考连接:

[1]https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.10.011022

[2]https://www.ibm.com/blogs/research/2020/09/ibm-quantum-roadmap/

 

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