尽管围绕量子计算的宣传热度只增不减,但人群中,面对量子计算的未来应用以及不断涌入的风险资本,质疑声也层出叠见。

而为了消除这些疑虑,IBM发布了一份量子计算发展路线图,旨在使之更加清晰,同时也增强了人们对于这一新兴技术的信念。

IBM官宣:新量子路线图发布,2026或实现百万级量子比特量子计算-量子客
图1|IBM量子计算发展路线图(来源:IBM)

IBM认为,升级优化量子硬件,提升其功能和可靠性,以实现5年内商业化应用,是可以遵照一个可行的时间表来逐步执行的。

接下来面临的挑战就在于,如何让公司和开发者来使用其工具和开发环境,并尝试编写应用程序,从而真正让量子计算为这些人员赋能。

IBM量子生态系统与策略副总裁Bob Sutor表示,目前还没有任何人真正在商业上应用量子计算,但这并不是一件一蹴而就的事情。

通常情况是,该领域的领导者们,会逐渐转向新技术,并开始大量的试验,将专业知识的层面不断扩大、发展。

像谷歌和微软这样的大型科技公司,早已部署并实施了量子计算项目。与此同时,量子初创公司也一直在从风投公司处筹集稳定的资金。

包括Zapata量子计算公司为其量子机器学习软件筹集的3800万美元(约合人民币2.5亿元)B轮融资;IQM为商业化其量子计算机筹集的4600万美元(约合人民币3亿元)融资;以及Classiq为开发其量子算法而筹集的1050万美元(约合人民币6836万)的A轮融资。

IBM一直以来,都在十分积极地参与搭建量子计算行业框架。2016年,IBM推出了Q网络,允许其他公司通过IBM的云服务来体验量子计算机。

 

1. 量子计算下一步

量子计算即将发生范式转变,量子计算软件也将彻底颠覆人们对计算的认识。但请记住,从单独编程的逻辑门发展到今天基于云的精细服务,经典计算花了数十年的时间实现此跨越。

IBM希望量子计算实现跨越的时间仅需短短几年,但凭一己之力显然是不可能的。

早在2020年9月,IBM就发布了其量子硬件路线图,清晰地展示了通往1000多个量子比特的路径。并确定了在此过程中预期出现的挑战,提出了应对这些挑战的解决方案。

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图2|IBM2020年量子硬件路线图(来源:IBM)

IBM表示,将其路线图透明地展示给大家,是一件非常不容易的事情。因为公司更倾向于探讨成就,而非计划。

然而,为量子计算的发展创造合适的条件,并在这十年内对分布式计算生态系统进行所谓的变革,需要付出巨大努力。IBM必须吸收过去50年从经典计算中学到的经验教训,同时飞速加快量子和经典系统的集成。

值得庆幸的是,这次,IBM将借助开源社区的力量,来动员全球所有的开发者。在此基础上,云原生部署量子工作负载,打破潜在壁垒,尽快普及量子计算技术。

IBM很清楚,软件开发最好是通过协作来完成,因为集合各个不同需求的生态系统效果最佳。而量子计算也不例外,IBM希望所有的开发人员,都参与到以下三个关键部分的工作当中,从而为随后的工作打下基础。

(1) 基础层上,量子内核开发人员正在创建一个可以时序、脉冲控制的高性能量子线路;

(2) 量子算法开发人员依靠这些线路来开发具有突破性的量子算法,比当今经典计算解决方案更具优势;

(3) 最后,量子模型开发人员将这些算法应用到现实世界的用例中,以便为化学、物理、生物、机器学习、组合优化甚至金融领域,开发量子模型。

IBM的发展路线图旨在为每个开发者提供其所需工具,来生产最佳的量子线路、量子算法和量子模型,同时最大程度地提高彼此之间的协作。

 

2. 内核、算法、模型

IBM正在为底层量子内核开发人员进行重要更新,致力于为其开发线路API(circuit APIs)。今年,IBM计划发布Qiskit运行时(runtime)。

Qiskit运行时重新将经典-量子工作负载考虑进去,这样一来,上传并在量子硬件旁边的经典硬件上执行程序时,大大减少了用户计算机与量子处理器之间通信所产生的延迟。

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图3|IBM Qiskit优化模块(来源:IBM)

IBM所做的这些改进,将使用电路迭代执行的工作负载加速100倍,加速后的量子系统在短短几个小时内即可运行工作,而今天,这可能需要几个月的时间。

IBM不仅提升了系统容量,其系统还将运行更多种类的量子线路,允许用户解决以前任何量子处理器都无法解决的问题。

更新的软件接口,加上IBM正在进行技术开发,允许量子内核开发人员在2022年之前运行动态线路。而那些包含经典和量子指令的线路,需要在量子比特的相干时间内运行。

进入2023年之后,IBM将推出用于处理大型量子比特结构的线路库和高级控制系统,使其量子内核开发人员能够充分利用数千个量子比特的硬件。

IBM的量子算法开发人员与其量子内核开发人员,关注的目标不同。量子算法开发人员在探索量子线路的潜在突破性新应用时,需要高效执行作业。

量子算法开发人员将寻找利用量子计算能力的新方法,但此过程中无需考虑编程硬件的复杂程度。对于这些开发人员,IBM将继续改进并推出新的工具,以有效地建立、实施量子线路。

 

3. “无摩擦”发展量子

展望2025年及以后,IBM认为“无摩擦”量子计算的梦想将成为现实,而“无摩擦”指的是硬件不再是IBM用户或开发者需要考虑的一个问题。

到那时,IBM设想量子计算堆栈上所有级别的开发人员,都将依赖于其先进的硬件,和IBM基于云的API,这些将使其与高性能计算资源无缝衔接,从而全面突破计算的极限。

IBM希望朝着这个真正“无摩擦”的开发框架发展,为其用户、客户和量子计算社区,提供最佳量子计算机体验。

 

参考链接:

[1]https://www.ibm.com/blogs/research/2021/02/quantum-development-roadmap/

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:丁 艳