IBM量子計算研究路線圖:預計2023年推出1000個量子位元處理器

2020-09-17分类:科技

騰訊科技訊 9月16日,美國當地時間週二,IBM首次公佈了其量子計算硬體研究的未來路線圖。其中短期內最重要的訊息是,該公司預計其可以在2023年推出擁有超過1000個量子位元、10到50個邏輯量子位元的量子處理器。

目前,IBM的量子處理器最高可容納65個量子位元,該公司計劃明年推出擁有127個量子位元的處理器,並在2022年推出433個量子位元的處理器。為了實現這些目標,IBM還在建造全新的“冰箱”(冷卻裝置)來容納這些更大的晶片,以及連線這些冰箱的技術,以構建一個類似於當今經典晶片中的多核架構系統。

IBM研究院院長達里奧·吉爾(Dario Gil)表示,該公司宣佈這一路線圖是經過深思熟慮的選擇,他將其比作半導體行業的誕生。他說:“如果你看一看建立一個行業所需的條件與做一個專案或做科學實驗並推動一個領域向前發展需要做什麼的區別,我們就會發現,我們需要做的是建立一個團隊,並把三件事做得很好。這需要一種科學文化,一種路線圖文化,一種敏捷文化。”

吉爾認為,要實現量子產業的最終目標,即建造一臺大規模、能容錯的量子計算機,該公司可以走兩條不同的道路。第一條路更像是阿波羅計劃,每個人都聚集在一起,花十年的時間解決一個問題,然後將所有不同的部分聚集在一起,創造這個突破性的時刻。

他還稱:“第二條路會問‘你今天能做什麼’,然後把能力發揮出來。有使用者驅動的反饋,這是一種敏捷的文化,作為一種機制,繼續向社羣交付,並以這種方式建立社羣,你必須制定出進步的路線圖。我們是後一種模式的堅定信仰者。同時,你還需要做科學研究,制定路線圖,進行反饋,並把事情公之於眾。”

但吉爾也認為,我們現在已經到了量子產業的一個新時刻。他表示:“我們已經到了總投資足夠多的水平,開始建立協調機制和訊號機制真的很重要,這樣我們就不會犯下資源分配嚴重不當的錯誤,我們允許每個人都做自己的事情。”

他將量子產業當前所處階段比作半導體行業的早期,當時每個人都在做所有的事情,但隨著時間的推移,第三方供應商的生態系統如雨後春筍般湧現。如今,當公司引入極端紫外線光刻這樣的新技術時,IBM認為它今天正在為量子行業鋪設的那種路線圖有助於每個人協調他們的努力。

他還認為,這個行業已經到了非常複雜的程度,以至於單個參與者不能再自己做所有事情。反過來,這意味著生態系統中的各種參與者現在可以專注於專業化,並找出他們最擅長的領域。

“你要這麼做,你需要材料嗎?沉積技術?那麼在這方面,你需要裝置的專業知識。你是怎麼做聯軸器的?你們的包裝是怎麼做的?你怎麼接線的?放大器、低溫、室溫電子裝置,然後是整個軟體堆疊,從下到上是怎麼做的?一遍又一遍重複這些問題。最初,你需要做所有的事情來整合,但隨著時間的推移,我們還需要自己做這些嗎?”

吉爾認為,2023年將是量子產業的一個拐點,通往1121量子位元處理器的道路將推動整個堆疊的改進。在IBM試圖執行的這些效能改進中,最重要的是將錯誤率從今天的約1%降低到接近0.0001%的水平。雖然這個目標看上去雄心勃勃,但從這幾年前IBM量子計算的發展所處的軌跡來看,這是發展曲線所指向的合理數字。

但這只是問題的一部分。正如吉爾所指出的:“隨著你使用這項技術變得更加豐富和複雜,創新堆疊的每一層最終都會變得幾乎像是個無限的領域。”半導體行業也是如此,量子行業可能更是如此。隨著這些晶片變得越來越複雜,它們也變得更大,這意味著即使是IBM現在正在建造的3米長冷卻裝置也不能容納超過100萬個量子位元。

屆時,你必須建立這些冷卻裝置之間的互連(因為當一個裝置單獨冷卻幾乎需要14天時,你不可能真的以任何明顯的速度進行實驗和迭代)。建立吉爾所說的那種“量子內聯網”絕非小事,但它是建造更大、互連機器的關鍵。這只是許多仍然需要發明的領域之一,而且這些系統可能還需要10年才能像預期的那樣發揮作用。

吉爾說:“我們正在平行推進所有這些方面,我們正在對未來10年的裝置和能力進行投資。因為當你遇到這個問題,並從那個時候開始投資時,你永遠不會達到目標。”

雖然IBM及其競爭對手正在努力構建量子硬體,但在構建量子計算的軟體堆疊方面也付出了大量努力。吉爾在這裡強調的一件事是,現在是開始考慮量子演算法和量子電路的時候了,即使在今天,它們在量子計算機上的表現仍然比經典機器差。事實上,吉爾希望開發人員更多地考慮電路,而不是量子位元。

吉爾解釋稱:“當開發者呼叫一個函式,現在它進入了雲端平臺時,幕後會發生什麼?將會有量子電路庫,這些電路將會有大量的創新、創造力和智慧財產權。”然後,這些電路必須對映到正確的量子硬體上,事實上,IBM在這裡的願景看起來不是針對單一型別的量子處理器,而是具有不同佈局和拓撲的處理器。

吉爾說:“我們自己每天已經執行了來自外部世界的超過10億個量子電路。未來,透過嵌入在軟體應用中的雲服務,每天在幕後的量子硬體上將執行數以萬億計的量子電路。“(騰訊科技審校/金鹿)

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