IBM 称已开发出一种量子处理器，可处理 127 个量子位

在今天举行的年度量子峰会上，IBM 宣布了其代号为Eagle的最新量子处理器，从而提高了公司的赌注。新的量子处理器是世界上第一个拥有 100 多个可操作和连接的量子位的处理器——准确地说是 127 个。

IBM 高级副总裁兼研究总监 Darío Gil 博士说：“'Eagle' 处理器的到来是朝着量子计算机能够在有意义的水平上超越经典计算机的那一天前进而迈出的重要一步。” “量子计算有能力改变几乎所有领域，并帮助我们解决这个时代最大的问题。这就是为什么 IBM 继续快速创新量子硬件设计，为量子和经典工作负载构建相互赋能的方法，并创建一个对采用量子计算至关重要的全球生态系统。”

由 IBM Eagle加速的量子计算应用可以在机器学习优化的任何地方找到；材料和分子建模（基本上涵盖了生命的几乎所有元素，从分子美食到工程材料和基材）；到药物和能源工业研究领域。现在有一种量子计算机可以解决经典计算系统无法破解的计算问题。但相对遗憾的是，Eagle仍然只能通过其 IBM Quantum Network 计划在 IBM Cloud 上作为探索性设备提供。

IBM 的Eagle自然地建立在公司先前成就的设计决策之上。它遵循2019 年的 65 量子位Hummingbird(2020) 和 27 量子位Falcon处理器，并从这两种架构中吸取经验教训，以实现比以往任何时候都更复杂的量子电路。虽然量子位可以看作是笔记本电脑内核的等价物，但量子电路代表了这些内核的排列方式——它们如何划分为量子门和测量。

系统拥有的量子位（核心）越多，它可以运行的程序（量子电路层）就越复杂。IBM 表示 Eagle 非常先进，如果你要在一台经典计算机中描述 Eagle 的 127 个量子位的量子状态，你需要的比特比地球上所有 75 亿人中存在的原子还要多。

127-qubit Eagle 量子处理器

IBM 详细介绍了 Eagle 的设计理念：

“我们必须结合和改进在前几代 IBM Quantum 处理器中开发的技术，以开发包括先进 3D 封装技术在内的处理器架构，我们相信这些技术可以构成处理器的支柱，包括我们计划的 1000+ 量子位 Condor处理器。Eagle 基于我们的 Falcon 处理器首次推出的重六边形量子位布局，其中量子位与两个或三个相邻的量子位连接，就像坐在镶嵌六边形的边缘和角落一样。这种特殊的连接性降低了由以下因素引起的错误的可能性相邻量子位之间的相互作用——显著提高了功能处理器的产量。”

为了增加量子比特的数量，IBM 工程师必须找到新的方法来扩展量子计算的三个平面之间的复杂平衡：规模、质量和速度。规模是指任何给定系统中存在的量子比特数——以及可用电路层操作的复杂性。质量是指可以执行可用工作的量子比特数，它本身通过量子体积表示。最后，一个量子系统的速度是由它的标准化CLOPs得分，这是IBM在不久之前提出的性能标准。

为了减少可能干扰量子相干性的元素数量，IBM 对量子位排列进行了更改，并减少了量子位控制所需的组件数量——作为量子计算系统一部分，任何元素都不可避免地会导致系统失衡。为了减少量子位控制操作的影响，IBM 的研究人员在 Eagle 量子处理器的几个层中分布了控制线，同时量子位保持在它们自己的隔离层上——从而减少了微妙量子态的不稳定（这是地球上的任何经典计算机都无法描述）。反过来，这允许增加系统可以包含的总量子比特数。

IBM 的计划是大胆的；该公司显然倾向于将量子作为下一个计算时代，量子优势的目标是主要动力（量子优势只是描述了一种计算状态，其中经典计算系统和量子计算系统之间存在明显的性能和复杂性差异）。该公司在该领域的贡献已经是巨大的，例如他们提出了量子体积的行业定义标准以及有望成为量子性能基准单元 CLOP 的开发。通过其从最初的 27 量子位 Falcon 处理器，并在随后的每年中将其复杂度提升，IBM 已经执行了它自己设计的路线图：旨在最早在 2023 年实现 Quantum Advantage。

因此，IBM 预计到 2022 年，从 Eagle 中的 127 个量子位到 433 位量子处理器（Osprey），一年内可用量子位将增加三倍。Condor 是 IBM 预计 2023 年推出的量子处理器的代号，最早将在 2023 年提供多达 1,121 个量子位。IBM 预计在两年内将可用量子位总数增加 10 倍。

IBM 正在进一步投资于量子计算领域，已与各种合作伙伴部署了其 Quantum System One。IBM 的 System One 被誉为世界上第一个集成量子计算系统，已成功部署在德国领先的科学研究机构弗劳恩霍夫大学和日本东京大学。IBM 还将在美国的克利夫兰诊所部署其 System One 。此外，IBM Quantum 今天宣布与韩国首尔延世大学建立合作伙伴关系，这将在学术界探索另一个 IBM 驱动的量子计算系统。

该公司现已宣布 System One 的自然演变。IBM Quantum System Two 已经在开发中，它让我们领略了量子计算的未来可能是什么样子。IBM 表示，该系统将能够容纳即将推出的 433-qubit Osprey 量子处理器以及 2023 年预期的 1,121-qubit Condor。IBM 似乎相信这些将能够将我们带入令人梦寐以求的 Quantum Advantage 时代，并且系统二将真正为跨行业和部门解决问题的基础带来革命性的变化：从协调我们全球的物流供应链以设计更高效的电池。

IBM 的 Quantum 系统二也将更加关注模块化作为可扩展性的推动因素。目标是让 IBM 的系统二能够作为 IBM 量子计算产品的模块化下一代迭代的部署工具，允许部署在一定程度上扩展和现代化。

因此，该系统集成了任何给定机构可能需要的扩展资源。这些资源包括控制电子设备（量子位操作所必需的）和低温冷却（使低于零温度的量子特性需要表现出来）。该公司已经在试图弄清楚对于百万量子比特系统来说，冷却系统会是什么样子；就目前而言，答案是一个 10 英尺高、6 英尺宽的“超级冰箱”，内部代号为“Goldeneye”，这是一种比当今任何市售冰箱都大的稀释冰箱。

IBM 进一步阐明了其量子系统二的计划：

同时确保工程师可以轻松访问和维修“冰箱”内的硬件。”

IBM Quantum System 2 还具有通过额外部署进行扩展的可能性；IBM 将推出同时链接多个量子计算系统的能力；首先提供更大的共享低温工作空间；然后，通过实际连接多个独立的量子处理器。

我们现在正徘徊在量子计算革命的边缘，这是数十年科学努力的顶峰。我们正在进入一个新的寒武纪爆发年代，这是由量子计算机驱动的。而IBM 似乎热衷于引领这个特定的未来。

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