在近日舉辦的虛擬量子計算峰會（Quantum Computing Summit）上，IBM制定了量子計算未來的路線圖。為了說明未來任務(wù)的艱巨性，IBM研究員兼量子計算副總裁Jay Gambetta將阿波羅任務(wù)與下一代大藍量子計算機進行了對比。

在IBM Research上發(fā)表的一篇文章中，Gambetta說：“……就像登月一樣，我們有一個終極目標，那就是進入一個超越經(jīng)典計算機的領(lǐng)域：我們想要建造一個大規(guī)模的量子計算機?！?/p>

遠大的抱負可以幫助人類實現(xiàn)登上月球的目標，并可能使量子計算機幫助解決我們最大的挑戰(zhàn)，如管理醫(yī)療保健和管理自然資源。但從Gambetta的演示中可以清楚地看到，要實現(xiàn)IBM的最終目標，它還需要一系列步驟：一個名為Condor的1121qbit處理器。

對IBM來說，這是一個始于21世紀中期的超導(dǎo)量子比特研究的過程，該研究至少要持續(xù)到2023年。

這種對超導(dǎo)量子位的依賴與英特爾依賴硅自旋量子比特的路線圖形成了鮮明對比?？磥?，IBM不像英特爾那樣熱衷于讓量子比特類似晶體管。

然而，基于超導(dǎo)量子比特的量子計算機有一個大問題：它們需要大約20毫開爾文（-273攝氏度）的極冷溫度。此外，隨著超導(dǎo)量子比特數(shù)量的增加，制冷系統(tǒng)也需要擴展。為了在2023年達到1121qbit處理器的目標，IBM目前正在建造一個巨大的“超級冰箱（super fridge）”，名為Goldeneye，它將高3米，寬2米。

一旦達到1121量子比特的閾值，IBM相信它可以為量子計算的一個全新時代打下基礎(chǔ)，在這個時代里，它將能夠擴展到糾錯的、相互連接的、100多萬個量子比特的量子計算機。

Gambetta說：“在1121量子比特，我們希望開始演示真正的糾錯，這將使電路具有比沒有糾錯更高的保真度。”

Gambetta說Big Blue工程師需要克服一些技術(shù)挑戰(zhàn)，才能達到1121量子比特。早在9月初，IBM就推出了65量子比特的Hummingbird處理器，這比它的27比特Falcon處理器進步了一步，后者運行的量子電路足夠長，IBM宣布其量子體積已經(jīng)達到64。（量子體積是測量有多少物理量子位，它們之間的連接程度，以及它們有多容易出錯。）

另一個問題是所謂的“fan-out”問題，當你在量子芯片上增加量子比特的數(shù)量時就會產(chǎn)生這種問題。隨著量子位的增加，需要為每個量子位添加多個控制線。

這個問題已經(jīng)成為一個令人擔憂的問題，量子計算機科學(xué)家已經(jīng)采用了半導(dǎo)體行業(yè)早在20世紀60年代中期定義的Rent Rule，觀察到邏輯塊的外部信號連接數(shù)與邏輯塊中邏輯門的數(shù)量之間存在關(guān)系。量子科學(xué)家已經(jīng)采用了這個術(shù)語來描述他們自己對量子比特連線的挑戰(zhàn)。

IBM在下一年推出的“保護量子數(shù)”功能將使其在保持高量子密度的同時，將通過這些量子技術(shù)來解決“高量子數(shù)”的問題。

Gambetta說：“量子計算將面臨類似于Rent規(guī)則的問題，但隨著我們在我們的路線圖中提出的多層布線和多路讀出，我們已經(jīng)在展示一條解決如何擴大量子處理器規(guī)模的途徑?！?/p>

正是有了這個Eagle處理器，IBM將引入并行實時經(jīng)典計算能力，從而能夠引入更廣泛的量子電路和代碼家族。

在IBM的下一個版本，即2022年的433量子Osprey系統(tǒng)中，一些相當大的技術(shù)挑戰(zhàn)將開始顯現(xiàn)。

Gambetta說：“要達到433qubit的機器，就需要增加cryo基礎(chǔ)設(shè)施、控制器和cryo柔性電纜的密度。之前從來沒有這樣做過，所以我們面臨的挑戰(zhàn)是確保我們的設(shè)計考慮到了百萬量子比特的系統(tǒng)。為此，我們已經(jīng)開始了基本可行性測試。”

在Osprey之后是Condor和其1121qbit處理器。正如Gambetta在他的帖子中指出的：“我們認為Condor是一個轉(zhuǎn)折點，一個里程碑，標志著我們有能力實施糾錯并擴展我們的設(shè)備，同時，復(fù)雜到足以探索潛在的量子優(yōu)勢問題，我們可以在量子計算機上比在世界上最好的超級計算機上更有效地解決這些問題?！?/p>

原文標題：IBM對量子計算的設(shè)想就像阿波羅計劃一樣

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