IBM公布量子技術(shù)10年路線圖，并推出突破了規(guī)模極限的QPU

IBM在其年度量子峰會上宣布了一系列技術(shù)進(jìn)展，包括擁有1121個超導(dǎo)量子位的Condor QPU、一款較小的 133 量子位處理器IBM Quantum Heron，經(jīng)過優(yōu)化，可與多個 QPU 組合成更大的量子系統(tǒng)，可提供迄今為止IBM最高的性能指標(biāo)和最低的錯誤率，以及推出“IBM量子系統(tǒng)二號（IBM Quantum System Two）”，這是該公司第一臺模塊化量子計算機(jī)，使用3個Heron處理器運(yùn)行，該公司展示了一種新方法，將機(jī)器內(nèi)部的處理器連接在一起，然后將機(jī)器連接在一起，以形成模塊化系統(tǒng)，當(dāng)與新的糾錯代碼相結(jié)合時，有望在2033年生產(chǎn)出引人注目的量子機(jī)器。據(jù)介紹，第一個 System Two 已在 IBM 的約克敦高地工廠啟動并運(yùn)行。

IBM 還將宣布計劃于 2 月份推出 Qiskit 1.0，并結(jié)合生成式 AI 功能以使其更易于使用。它將分享擴(kuò)展的 10 年量子路線圖，尤其重要的是，以去年春天使用其 127 量子位 Eagle 處理器發(fā)布的工作為標(biāo)志，IBM 將宣布通過改進(jìn)的錯誤緩解和糾正技術(shù)，量子實(shí)用時代的（早期）開始成為可能。

采用新架構(gòu)的133量子位處理器“IBM Quantum Heron”

據(jù)介紹，Heron是IBM花了四年時間開發(fā)的新型量子位處理器。硬件、理論和軟件技術(shù)方面的突破性進(jìn)步顯著提高了門操作的質(zhì)量，與之前的 IBM Quantum Eagle 相比，錯誤減少率提高了 5 倍。

這增加了可行量子電路的尺寸并擴(kuò)展了量子計算的可能性。

IBM認(rèn)為使用較小的 QPU 構(gòu)建更大的系統(tǒng)的模塊化是未來的關(guān)鍵。

Steffen 表示：“Heron是為模塊化和規(guī)?；O(shè)計的，我們最終得到了一個可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的可調(diào)耦合器架構(gòu)。該設(shè)計將為我們提供核心組件，以繼續(xù)提高每個后續(xù)處理器中的數(shù)據(jù)操作質(zhì)量。最終，我們計劃將多個 Heron 芯片與量子通信連接在一起，以提高計算能力?！?/p>

Steffen 表示，IBM 計劃明年開始在其全球公用事業(yè)規(guī)模系統(tǒng)中提供 Heron。

擁有1121個超導(dǎo)量子位的Condor處理器

IBM還推出了名為Condor的處理器，擁有1121個超導(dǎo)量子位。多年來，IBM一直遵循量子計算路線圖，每年將量子比特數(shù)量增加約一倍。但該公司表示，現(xiàn)在將轉(zhuǎn)變方向，專注于使其機(jī)器更能防止錯誤，而不是變得更大。

據(jù)介紹，所有量子位都在單個芯片上產(chǎn)生，并且量子位密度進(jìn)一步增加了 50%。

被稱為IBM下一代量子計算系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)的“IBM量子系統(tǒng)二號”

據(jù)介紹，“IBM量子系統(tǒng)二號”（ IBM Quantum System Two）基礎(chǔ)架構(gòu)的引入也是IBM朝著能夠擴(kuò)展競爭性模塊化系統(tǒng)邁出的重要一步。

它將可擴(kuò)展的低溫基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)典的運(yùn)行時服務(wù)器與模塊化量子位控制電子設(shè)備相結(jié)合。該架構(gòu)結(jié)合了量子通信和計算，輔以經(jīng)典計算資源，并利用中間件層適當(dāng)集成量子和經(jīng)典工作流程。

Steffen 表示：“IBM Quantum System Two 是 IBM 下一代量子計算系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)，該架構(gòu)結(jié)合了可擴(kuò)展的低溫基礎(chǔ)設(shè)施、模塊化控制量子位控制電子設(shè)備和可擴(kuò)展的經(jīng)典運(yùn)行時服務(wù)器，定義了我們實(shí)現(xiàn)以量子為中心的超級計算愿景的核心要素。IBM 的量子系統(tǒng)二號將使下一代量子處理器具有完全可擴(kuò)展和模塊化的核心基礎(chǔ)設(shè)施，能夠運(yùn)行比以往更長、更深的量子電路。”

IBM公布10年量子路線圖

基于量子硬件、理論和軟件方面的突破，IBM將其量子開發(fā)路線圖延長至2033年，并提出新的目標(biāo)：到2033年，以量子為中心的超級計算機(jī)將包括1000個邏輯量子比特，全面釋放量子計算的能量。作為路線圖的一部分，IBM計劃讓“IBM量子系統(tǒng)二號”也容納其未來幾代的量子處理器。此外，這些未來的處理器旨在逐步提高可以運(yùn)行的操作質(zhì)量，以顯著擴(kuò)展其能夠處理的工作負(fù)載的復(fù)雜性和規(guī)模。

IBM 院士兼 IBM Quantum 副總裁 Jay Gambetta 指出：“路線圖實(shí)際上將分為兩部分。頂部就是我們所說的開發(fā)路線圖，底部稱為創(chuàng)新路線圖。未來五年，我們希望將質(zhì)量提高五倍，并真正突破使用量子計算作為推進(jìn)科學(xué)的工具所能完成的極限。然后在 2029 年會發(fā)生一個大的飛躍，我們希望能夠?qū)崿F(xiàn)一個系統(tǒng)，我們稱之為 Starling，能夠在 200 個量子比特上運(yùn)行 1 億個門?！?/p>

以下是 IBM 提供的一些亮點(diǎn)：

東京大學(xué)、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室、Fundacion Ikerbasque、Qedma、Algorithmiq、華盛頓大學(xué)、科隆大學(xué)、Q-CTRL 展示了探索公用事業(yè)規(guī)模量子計算能力的新研究。

“IBM Quantum Heron”作為 IBM 全球性能最強(qiáng)的量子處理器發(fā)布，其全新架構(gòu)的錯誤減少率比“IBM Quantum Eagle”提高了五倍。

IBM 量子系統(tǒng)二號開始使用三個 IBM Heron 處理器運(yùn)行，旨在將以量子為中心的超級計算變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

IBM 未來十年量子開發(fā)路線圖的擴(kuò)展優(yōu)先考慮門操作的改進(jìn)，以提高質(zhì)量以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的糾錯系統(tǒng)。

Qiskit 1.0 發(fā)布。IBM 表示，它是“世界上使用最廣泛的開源量子編程軟件”，其新功能可幫助計算科學(xué)家輕松、快速地執(zhí)行量子電路。

IBM 將展示生成式 AI 模型，該模型能夠使用watsonX自動執(zhí)行量子代碼開發(fā)并優(yōu)化量子電路。