IBM發(fā)布全球首個集成通用近似量子計算系統(tǒng)

美東時間1月8日，IBM在2019年國際消費電子展（CES）上宣布推出IBM Q System One?，該系統(tǒng)是世界上首個專為科學和商業(yè)用途設計的集成通用近似量子計算系統(tǒng)。此外，IBM還宣布計劃于2019年在紐約波基普西市(Poughkeepsie)設立首個IBM Q量子計算中心，以便更好地服務于商業(yè)客戶。

IBM Q系統(tǒng)的設計初衷是解決當前被認為經(jīng)典系統(tǒng)無法處理的過于復雜的問題。量子計算的未來應用也許將涉及包括尋找新的方法來模擬金融數(shù)據(jù)，隔離全球范圍內(nèi)的核心風險因素以進行更好的投資，或者找到可以橫跨全球眾多系統(tǒng)的最佳路徑，以實現(xiàn)超高效的物流和優(yōu)化交付的運營方式。

IBM Q由IBM科學家，系統(tǒng)工程師和工業(yè)設計師設計，具有精密、模塊化和緊湊的特性，并針對穩(wěn)定性、可靠性和持續(xù)商業(yè)用途等方面進行了優(yōu)化。IBM Q System One的出現(xiàn)也是有史以來第一次，使得通用近似超導量子計算機走出了實驗室。

如同經(jīng)典計算機將多個組件組合成一個優(yōu)化的協(xié)同集成架構一樣，IBM應用相同的方法構造第一個集成性通用量子計算系統(tǒng)。IBM Q System One由許多自定義組件構成，協(xié)同運作可用于現(xiàn)今最先進的基于云的量子計算程序，包括：

量子硬件，它的設計目標是具有穩(wěn)定，自動校準能力，可重復且可預測的高質(zhì)量量子比特;

低溫管理，提供持續(xù)低溫和隔絕的量子運行環(huán)境;

緊湊型高精度電子元件，可嚴格控制大量量子比特;

量子固件，用于管理系統(tǒng)運行狀況并啟用系統(tǒng)升級，無需用戶停機;

經(jīng)典計算，提供安全的云訪問和量子算法的經(jīng)典/量子混合執(zhí)行模式。

IBM Q量子計算中心

IBM將于今年晚些時候在美國紐約波基普西市(Poughkeepsie)開設IBM Q量子計算中心，以擴展IBM Q Network商業(yè)量子計算計劃，此前已開設的量子計算中心位于紐約約克鎮(zhèn)的Thomas J. Watson研究中心。新中心將容納部分世界上最先進的基于云的量子計算系統(tǒng)，IBM Q Network的成員可以訪問這些系統(tǒng)。IBM Q Network是一個由財富500強企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)、學術機構和國家研究實驗室組成的全球社區(qū)。社區(qū)成員致力于與IBM攜手共同推進量子計算發(fā)展，探索商業(yè)和科學領域應用。

波基普西(Poughkeepsie)在計算領域的獨特歷史可以追溯到20世紀50年代。IBM的第一批商用計算機IBM 700系列，以及20世紀60年代的IBM System/360，改變了企業(yè)對計算機硬件的看法，更因此徹底改變了世界?，F(xiàn)在，作為世界上最強大的經(jīng)典系統(tǒng)之一——IBM大型機誕生地的波基普西(Poughkeepsie)，被定位于是世界上少數(shù)幾個具備運行量子計算能力的中心之一，這包括技術能力，基礎設施和專業(yè)知識，以及訪問高性能計算系統(tǒng)和量子計算機工作時所需的高可用性數(shù)據(jù)中心的能力。

“IBM Q System One是量子計算商業(yè)化的重要一步，”IBM混合云高級副總裁兼IBM研究院院長Arvind Krishna表示。“當我們致力于開發(fā)商業(yè)和科學的實用量子應用時，這個新系統(tǒng)對于擴展量子計算走出實驗室至關重要?！?/p>

IBM Q System One 的設計

IBM組建了世界一流的工業(yè)設計師、架構師和制造商團隊，與IBM研究院的科學家和系統(tǒng)工程師來一起設計IBM Q System One，其中包括英國工業(yè)和室內(nèi)設計工作室Map Project Office和Universal Design Studio，以及總部位于米蘭的博物館展示柜高端制造商Goppion（盧浮宮蒙娜麗莎和倫敦塔皇冠珠寶等舉世矚目的藝術珍品都在使用Goppion生產(chǎn)的展示柜）。

IBM與這些合作者共同設計了全球第一個量子系統(tǒng)，將數(shù)千個組件整合到一個專為商業(yè)用途而構建的玻璃氣密環(huán)境中，這是商用量子計算機發(fā)展的一個里程碑。

這個集成系統(tǒng)旨在解決量子計算最具挑戰(zhàn)性的問題之一：持續(xù)保持用于執(zhí)行量子計算的量子位的質(zhì)量。量子比特強大但又脆弱，通常在100微秒內(nèi)（對于最先進的超導量子比特）就會失去其特殊的量子特性，部分原因在于互連機械的振動，溫度波動和電磁波造成的環(huán)境噪聲干擾。如何防止這種干擾是量子計算機及其組件需要隔離和精密工程設計制造的原因之一。

IBM Q System One的設計包括一個高22.86厘米（9英尺），寬22.86厘米（9英尺），厚1.27厘米（半英寸）的硼硅酸鹽玻璃外殼，使其形成一個密封的氣密外殼，可以通過“旋轉(zhuǎn)平移”毫不費力地打開。通過電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)兩個移位軸的設計，可用于簡化系統(tǒng)的維護和升級過程，同時最大限度地減少停機時間，這也是IBM Q System One適用于可靠商業(yè)應用的創(chuàng)新之處。

另外，一系列獨立的鋁和鋼統(tǒng)一框架，解耦系統(tǒng)的低溫恒溫器，控制電子設備和外殼等設計，都將有助于避免潛在的振動干擾，導致“相位抖動”("phase jitter" )和量子比特退相干(qubit decoherence)。

此次CES展會上展出的是IBM Q System One的系統(tǒng)模型。歡迎點擊“閱讀原文”了解更多信息。

這一新系統(tǒng)標志著業(yè)界首個基于云、面向公眾可編程的IBM Q Experience和面向商業(yè)和科學應用的IBM Q Network平臺又有了進一步的發(fā)展。自2016年5月以來，免費公開的IBM Q Experience目前已擁有超過10萬用戶，用戶在該平臺上運行了超過670多萬次實驗，發(fā)表了130多份第三方研究論文。開發(fā)者們還下載了Qiskit，這是一個完整的、開源的量子軟件開發(fā)工具包，其創(chuàng)建和運行量子計算程序的次數(shù)超過14萬次。IBM Q Network近期新增成員包括阿貢(Argonne)國家實驗室、歐洲核子研究中心、?？松梨凇①M米實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室。