127個(gè)量子位！IBM推出超導量子計算機“Eagle”，稱(chēng)向擴展量子計算邁出一大步

IBM 的首席量子指數負責人鮑勃·蘇托爾（Bob Sutor）表示，“Eagle 是 IBM 當前所處位置的關(guān)鍵點(diǎn)，一切都在正軌上，代表著(zhù) IBM 向擴展量子計算邁出一大步?！?br />
Eagle 的出現，或將驅使量子計算機在今后的兩年中逐漸趕超傳統計算機。

據了解，相比于傳統計算機，量子計算機的最大優(yōu)勢是：不只能計算 1 和 0 兩種狀態(tài)，還能夠處于它們的疊加態(tài)。因此，當量子計算機運行時(shí)，其能夠達到相較于傳統計算機更快的速度。

然而，量子計算機的量子位構建難度較大，且運行條件嚴苛，需處于超低溫冰箱中。

此前，IBM 制造出的處理器設備最多能夠達到 60 個(gè)量子位，這些量子位通過(guò)相互配合來(lái)完成工作任務(wù)。

而最新推出的 Eagle 將 127 個(gè)量子位連接在一起，不僅使原先達到的量子位數量增加了一倍多，而且成為 IBM 第一個(gè)含 100 多個(gè)量子位的處理器設備。

IBM 表示，“我們必須結合和改進(jìn)在前幾代量子計算機中的技術(shù)，以開(kāi)發(fā)包括先進(jìn) 3D 封裝技術(shù)在內的處理器架構。我們相信，Eagle 可以構成量子處理器設備的支柱?！?br />
據悉，在新技術(shù)的支持下，Eagle 可將量子位單獨維系在某一層上，而其他組件散布在不同的物理層上。

IBM 表示，其研發(fā)的新技術(shù)可以融合已有的電子制冷技術(shù)及其用于量子計算機控制系統的技術(shù)，從而產(chǎn)生更多的量子位。

到現在為止，IBM 已安排了 50 個(gè)左右的量子系統。其中，以云計算來(lái)使用的量子系統占到總數的五分之二。

此外，蘇托爾稱(chēng)，“由于量子位的性質(zhì)以及它們需要協(xié)同工作，構建量子處理器要復雜得多?！?br />
據了解，Eagle 當前的生產(chǎn)效率并不高，現在只在 IBM 的內部系統中應用。12 月，該處理器將提供給 IBM Quantum Network 團隊。

不過(guò)，Eagle 采用的是 “Falcon 處理器的重六邊形量子位布局，一個(gè)量子位連接兩個(gè)或三個(gè)相鄰的量子位。在這種特殊的連接下，Eagle 相鄰量子位之間因相互作用而引起的錯誤的可能已有所降低，有助于提高該處理器的產(chǎn)量?！?br />
事實(shí)上，全球研究者們一直試圖研發(fā)出一臺具備實(shí)際使用價(jià)值的量子計算機，并從超導體和糾纏光子兩方面進(jìn)行探索。其中，超導體將約瑟夫森結（Josephson junction）作為量子位，而糾纏光子主要以光子的偏振自由度、相位和角動(dòng)量等作為量子位。

此前，來(lái)自美國史蒂文斯理工學(xué)院的研究團隊利用糾纏光子方法，研發(fā)出一種新型光子源，其不僅從效率上提升了 100 倍左右，而且推動(dòng)了大規模量子設備集成的發(fā)展進(jìn)程。

不過(guò)，從擴展性上考慮，超導體其實(shí)遠勝于糾纏光子。

2019 年 10 月，谷歌宣稱(chēng)，其研發(fā)的 “Sycamore” 處理器使用 54 個(gè)量子位，通過(guò) IBM 也在應用的一個(gè)超導架構，實(shí)現了 “量子至上”（Quantum Supremacy），能夠解決經(jīng)典計算機無(wú)能為力的問(wèn)題。

隨后，來(lái)自中國科技大學(xué)研究團隊的 “祖沖之”（Zuchongzhi）超導處理器進(jìn)行了 62 個(gè)量子位的突破。

據了解，傳統計算機是線(xiàn)性平穩增加功率，而量子計算機隨著(zhù)量子位的增加，其功率會(huì )加倍提升。因此，哪怕只有一個(gè)量子位的突破，都意味著(zhù)量子計算機在處理能力上又提高一大截。

蘇托爾認為，打破 100 個(gè)量子位的障礙更多是心理上的，而不是物理上的。他表示，Eagle 證實(shí)了能夠擴展生成足夠量子位的可能性，未來(lái)的處理器將擁有足夠的計算能力來(lái)解決更多問(wèn)題。

需要注意的是，對于 Eagle 的性能，現在還難以將其與以前的處理器進(jìn)行比較。

此前，谷歌和中國科技大學(xué)采用通用測試的方式，對隨機量子電路的輸出分布進(jìn)行隨機數采樣，以評算出這類(lèi)處理器的性能。

但牛津大學(xué)的彼得·里克（Peter Leek）認為，完全根據量子位來(lái)評估處理器性能并不合適，還需要綜合考慮到其他方面，而 IBM 目前還未透露更多 Eagle 除量子位以外的信息。

此外，里克表示，“制造具有更多量子位的東西是件好事，但最終只有當處理器性能非常好時(shí)，它才會(huì )變得有用?！?br />
值得一提的是，IBM 正籌劃在 2022 年以前再次進(jìn)行重大的量子位突破，制造出分別達到 433 和 1121 個(gè)量子位的處理器。

屆時(shí)，該公司或將實(shí)現所謂的 “量子霸權”（Quantum Supremacy），即量子計算機完全擊敗所有經(jīng)典的傳統計算機。

對此，IBM 的高級副總裁兼研究部門(mén)負責人達里奧·吉爾（Darío Gil）稱(chēng)，“這并不意味著(zhù)量子計算機會(huì )一下子完全超越傳統計算機。相反，IBM 所設想的世界是：計算應用程序的某些部分在傳統芯片上運行，而某些部分在量子芯片上運行，這取決于什么最適合特定任務(wù)?！?br />
未來(lái)，量子計算或將成為占據 IBM 公司業(yè)務(wù)的主力，同時(shí)，該業(yè)務(wù)的生態(tài)系統也將得到完善。

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參考：
https://www.newscientist.com/article/2297583-ibm-creates-largest-ever-superconducting-quantum-computer/#ixzz7CRKUayXV