量子電腦能夠提供遠超越現今傳統電腦的運算能力,解決當前無法解決的難題,不少高科技公司皆投入資源發展自己的量子電腦技術,IBM則是其中之一,該公司提到,發展量子電腦就像是人類當時登入月球一樣,IBM最終目標是要建構一臺超大型量子電腦,執行革命性應用程式,或是生產足以改變世界的材料,甚至是轉變商業模式。

IBM發布了量子電腦發展路線圖,揭露了IBM一路到2023年的量子電腦計畫,從當前充滿雜訊的小型裝置,未來要發展到具有百萬量子位元的裝置。IBM團隊正在開發一套可擴展的處理器,其目標是要在2023年,打造出擁有超過1,000量子位元,稱為IBM Quantum Condor的處理器,而且為了容納Condor,IBM還需要打造比起市面上還要大上許多的稀釋冰箱(Dilution Refrigerator)。

量子處理器透過基本粒子進行數學計算,以擴展運算能力,其使用量子電路而非數位電腦的邏輯電路,IBM提到,他們使用超導體Transmon量子位元,也就是以人工原子的電子量子態來表示資料,但是因為與外界環境的交互作用,量子位元很快就會失去量子態,因此IBM團隊所面臨的挑戰,是要想辦法盡可能長時間控制這些量子位元,並且降低錯誤,才能運作夠未來量子應用需要的量子電路。

當前IBM雲端上,有超過12個量子系統供外界試用,包括5量子位元的IBM Quantum Canary處理器,還有27量子位元的IBM Quantum Falcon處理器,在最近,IBM還改進IBM Quantum Falcon處理器,達到64量子體積(Quantum Volume)。

量子體積是概括性的效能指標,綜合量子電腦的能力與錯誤率,可用來評估量子電腦整體效能,當量子體積越大,則越能被實際用來解決問題,IBM提到,在8月的時候他們的量子電腦達到量子體積64,這項成果並非增加量子位元,而是改進編譯器,改善兩個量子位元閘的校準,還提升了雜訊處理以及讀取量子位元的方式,以實現更可靠的良率。


(圖片來源/IBM)

除了改進小型裝置之外,IBM也持續發展更大型的量子系統,在這個月發布了最新的IBM Quantum Hummingbird處理器,這是繼IBM Quantum Falcon處理器之後的下一代成員,具有65量子位元,因為改進了讀取資料需要的布線和元件數,因此擴展的能力更佳。

IBM預計在明年就會推出127量子位元的IBM Quantum Eagle處理器,這將會是正式突破100量子位元的里程碑,接著在2022年還會發布433量子位元的IBM Quantum Osprey系統,並計畫在2023年發表1,121量子位元的IBM Quantum Condor處理器。IBM提到,Condor將會是另一里程碑,代表IBM有糾錯和擴展量子系統的能力,並真正將量子電腦提升到足夠複雜的程度,可用來探索量子電腦帶來的優勢。

為了要在2023年打造Condor,IBM還需要建造一個足夠容納Condor的稀釋冰箱,目前市面上冷卻和隔離這類大型複雜裝置的稀釋冰箱,已經不敷IBM使用,因此IBM從頭開始設計稀釋冰箱,同時還考量容納百萬量子位元裝置需求,這個新的超級冰箱高約為3公尺,寬約為2公尺,IBM已經開始基本的可行性測試,完成之後,每個冰箱將可容納100萬個量子位元,並且能夠像目前連接超級電腦的方式,透過連接冰箱組成一個大規模平行量子電腦。


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