除了突破100量子比特，IBM还有哪些进展？

光子盒研究院出品

IBM本周举行了一年一度的IBM量子峰会，并就其量子计算的发展现状和计划发表了七项重要声明。媒体都在大肆宣传127量子比特的Eagle处理器，以至于许多其他声明都被忽略了，有些甚至可能比Eagle本身更重要。以下是他们提到的一些关键内容。

IBM在2020年9月发布的技术路线图显示，2021年将推出127量子比特处理器Eagle。因此，对于一直关注该行业的人来说，这应该不足为奇。IBM表示，Eagle是他们将在未来几个月推出的称之为“adolescent-sized”(大于75个量子比特)量子计算机中的第一个。其他已经讨论过这种规模机器近期路线图的公司包括Rigetti、ColdQuanta、Atom Computing、Pasqal以及其他一些公司。这种规模的计算机的一个关键特征是，它们的操作无法再用经典计算机模拟，因为每次添加一个量子比特时，所需的计算资源都会增加一倍。因此，对这些大型机器的经典模拟成为一个棘手的问题。

Eagle量子处理器

该机器目前尚未提供给客户，但预计将在12月开始提供给其高级客户。该机器在其网页上被称为IBM_Washington，但关键参数(例如量子体积)尚未公布。

预计IBM仍在对机器进行校准和调整，以实现尽可能最佳的量子比特质量。但这可能是一个挑战，因为添加更多的量子比特有时会降低整体量子比特质量水平。例如，具有27个量子比特的IBMQ_Falcon量子处理器显示的量子体积为128，而具有65个量子比特的IBMQ_Brooklyn量子处理器显示的量子体积仅为32。

IBM宣布他们将采用一种新的物理形式，并将其封装为IBM Quantum System 2。Eagle将是使用IBM System One的最后一代，他们未来的433位Osprey处理器和1121位Condor处理器将使用新的IBM Quantum System 2。

IBM正在与稀释制冷机制造商Bluefors合作开发这一技术，该技术的关键是可以提供模块化。IBM正在探索的一个概念是未来的量子数据中心，它包含连接在一起的多台量子计算机。IBM Quantum System 2的外形是六边形，这可能会使多台量子计算机更容易相互靠近。它还将提供新一代可扩展的量子比特控制电子器件，以及更高密度的低温组件和电缆。

显示IBM Quantum System 2的六边形外形的概念图。来源：IBM

如上所述，仅仅提高量子比特的数量是不够的。IBM也在努力提高量子比特的质量水平。

目前，他们线上最好的机器，如IBMQ_Kolkata或IBMQ_Montreal的T1相干时间为100微秒，平均CNOT门误差约为0.01。他们在IBM量子峰会上介绍了最近的实验，将相干时间增加到300-600微秒，CNOT门误差为0.001。这将是非常显著的改进，但我们不确定所有这些优点是否已经加到127量子比特的IBM_Washington机器。我们应该在几周后就能知道IBM何时发布该机器的一些质量指标。

长远来看，他们的目标是在2024年实现Condor级机器，相干时间约1毫秒(1000微秒)，门误差水平约0.0001。

IBM最近一直强调电路执行速度，并重申这是他们的重点。他们在最近提出了CLOPS(电路层每秒操作数)指标，并通过Qiskit Runtime简化量子计算机和经典计算机之间的连接。今年5月，IBM宣布他们使用Qiskit Runtime将氢化锂分子模拟的速度加快了120倍。

BM还一直在探索如何利用经典计算机与量子计算机的结合来协同提高计算机的能力。他们称为电路编织(Circuit Knitting)的一种技术将一个大的量子电路分成几部分，分别运行这些部分，然后让经典计算机将这些部分组合在一起得到答案。虽然这可能并不适用于所有的量子电路，但这种方法可能允许用户减少运行程序所需的量子比特数量或层，并允许用户在较小的机器上解决更大的问题。另一个用途是通过进行多次量子运行，并让经典计算机将它们组合在一起，提供更精确的结果，从而实现各种形式的错误缓解。这两种技术都以更长的运行时间为代价来获得更大的规模或更高的精度。这也是上一节讨论的提高速度很重要的另一个原因。

IBM计划于2022年进行的另一项创新是动态电路(Dynamic Circuits)。霍尼韦尔在2020年推出了类似的功能，他们称之为中间(量子)电路测量。其理念是量子程序可以测量单个量子比特，并根据测量结果在代码中取一个分支。此外，动态电路还可以实现量子比特重用。一个量子比特可以被测量、重置，可以在以后的计算中用于其他用途。这项功能还可以减少实施计算所需的量子比特数量。IBM表示其能够使用这种技术模拟只有5个量子比特的H2O分子。

目前，IBM量子云与传统IBM云相互独立。但这将在2022年发生变化。他们将进行集成，以便现有客户可以使用他们的IBM云帐户访问IBM量子云。他们的有限测试版将于1月开始，完整测试版将于3月推出，并于2022年夏天全面上市。IBM的目标是实现无摩擦计算，他们正在采取措施让用户尽可能地轻松访问。他们的目标是为客户提供无缝扩展，以便在使用这些功能时不必担心配置所需要使用的系统，客户只需为他们实际使用的实际消费买单。

今年早些时候，IBM在德国和日本安装了他们在美国以外的两个系统。在IBM量子峰会上，他们宣布还将在韩国首尔延世大学安装一个系统。这是在韩国科学和信通部推动下实现的，旨在到2030年培养约1000名研究人员和科学家。

 IBM和韩国延世大学签约仪式

此外，IBM计划在克利夫兰诊所安装IBM Quantum System One，并在未来某个时候安装基于IBM Quantum System 2的机器。

也许可以用两个公式来概括IBM的量子策略。

第一个是：性能 = 规模 + 质量 + 速度

第二个是：价值 = 性能 + 能力 + 无摩擦计算

IBM Quantum副总裁Jay Gambetta发表评论表示，只要IBM继续沿着他们的路线图发展，到2023年，我们可以期待终端用户通过他们的Condor级处理器获得量子优势。

参考链接：

https://quantumcomputingreport.com/ibms-seven-announcements-at-the-ibm-quantum-summit/

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