IBM计划10年内打造10万量子比特的量子计算机，与两所大学合作

发布时间：2023-05-31 14:08:47 所属栏目：外闻来源：

导读：以量子为核心的超级计算机有着广阔的应用前景：可以充分地利用自由落体强大的人工智能量子计算能力来揭示超高精度化学反应和超高精度分子过程动力学方法的奥秘；帮助研究人员通过模拟更优的碳捕获方案来应对气候变化

以量子为核心的超级计算机有着广阔的应用前景：可以充分地利用自由落体强大的人工智能量子计算能力来揭示超高精度化学反应和超高精度分子过程动力学方法的奥秘；帮助研究人员通过模拟更优的碳捕获方案来应对气候变化的挑战；发现制造更清洁、更可持续的电动汽车电池和电网所需的材料；发现更高效、更节能的肥料制造方法等。

一直以来，超级计算机都是全球多国重点研发和建设的对象，如美国的“深蓝”“沃森（Waston）”和“Frontier”，日本的“富岳”，芬兰的“LUMI”，还有中国的“曙光”“天河一号”“天河二号”和“神威·太湖之光”等，都是知名的超级计算机。

然而，传统超级计算机不能解决一些经典计算机无法处理的复杂问题，这就是量子计算的优势所在——量子计算利用基本粒子的独特特性来储存和处理信息：微观粒子可以同时以多种能量状态存在，这种现象被称为叠加，粒子的状态可以相互联系或纠缠。这意味着信息可以以全新的方式进行无线编码和操纵，为许多经典计算处理器的架构下不可能完成的高性能计算设备的任务打开了新世界的大门。

以量子为核心的超级计算机有着广阔的应用前景：可以利用强大的量子计算能力来揭示化学反应和分子过程动力学的奥秘；帮助研究人员通过模拟更优的碳捕获方案来应对气候变化的挑战；发现制造更清洁、更可持续的电动汽车电池和电网所需的材料；发现更高效、更节能的肥料制造方法等。

IBM的愿景是，10万量子比特的量子计算机与最好的经典超级计算机一起工作，在药物发现、肥料生产、电池性能和许多其他应用方面实现新的突破。“我们称它为以量子为中心的超级计算机。”IBM量子业务副总裁甘贝塔在采访中说，“为了实现这一目标，我们已经把目光投向了一个关键的里程碑：到2033年实现10万（量子）比特的系统。”

会上，IBM表示将推出该系统架构的3个基石：一是新的133量子比特IBM Heron处理器，具有新的量子比特（Binary Gate）以实现更高的性能，还将与未来的扩展兼容，使模块化连接的处理器能够扩展计算机的规模。二是推出IBM Quantum System Two，这是一个模块化和灵活的旗舰系统，目标是在2023年底之前上线。第三是引入量子中间件，这是一组在经典处理器和量子处理器上运行工作负载的工具，包括用于分解、并行执行和重构工作负载的工具，以实现大规模的高效解决方案。

另外，量子比特的扩展还面临着其他问题。目前，IBM的每个超导量子比特的运行功率大约是65瓦。“如果我想做一台拥有10万量子比特的计算机，那就需要非常多的能源：这相当于要用一个建筑物大小的空间、一个核电站和数十亿美元来制造一台机器。”甘贝塔说，“从5000量子比特扩展到10万量子比特，显然需要技术创新。”

目前，IBM已经进行了原理验证实验，表明基于“互补金属氧化物半导体”（CMOS）技术的集成电路可以安装在冷量子位旁边，只需几十毫瓦即可控制它们。

两所大学在技术创新方面的贡献必不可少。甘贝塔说，东京和芝加哥的研究人员已经在组件和通信创新等领域取得了重大进展，这些领域可能是最终产品的重要组成部分。他认为，未来十年可能会有更多的产学研合作。“我们必须帮助大学生做他们最擅长的事情。”他说。

除了硬件上的创新，在量子机器上运行的软件也至关重要。甘贝塔表示，“我们希望尽快建立起这个行业，最好的方法是让人们开发与我们的经典软件类似的软件。”

IBM表示，他们不能保证为该项目指定的1亿美元足以实现10万量子比特的目标，实现这一目标肯定有风险。”甘贝塔说。

新加坡量子软件开发商Horizon Quantum的首席执行官乔·菲茨西蒙斯（Joe Fitzsimons）对此表示赞同。“这可能不是一段一帆风顺的旅程。”他表示。

“这是一个必须承担的风险。”菲茨西蒙斯补充道，行业必须面对失败的恐惧，并尝试克服大规模量子计算所面临的技术挑战。他认为，尽管存在许多潜在的障碍，但IBM的计划是合理的。“在这种规模下，控制系统将是一个限制因素，需要大幅发展，以合理有效的方式支持如此大量的量子比特。”他说。

事实上，IBM并不是第一个有如此雄心的公司。此前，谷歌曾表示，其目标是在21世纪末实现100万个量子比特，尽管除开纠错以外只有1万个量子比特可用于计算；总部位于美国马里兰州的IonQ计划在2028年前实现1024个“逻辑量子比特”的运算，每个逻辑量子比特将包括13个物理量子比特组成的纠错电路；与谷歌一样，总部位于美国帕洛阿尔托（Palo Alto）的PsiQuantum也计划建造一台百万量子比特的量子计算机。在国际上，量子计算机的研究主要集中在中国和美国。

（编辑：汽车网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!