IBM、本源、量旋三大主流厂商量子产品对比

光子盒研究院出品

在日本举行的七国集团峰会上，IBM宣布与东京大学和芝加哥大学开展一项为期10年、耗资1亿美元的计划，开发由10万个量子比特驱动的以量子为中心的超级计算机。

以量子为中心的超级计算机是一个全新的、到目前为止尚未实现的高性能计算时代。一个10万量子比特的系统将成为解决世界上一些最紧迫问题的基础，即使是当今最先进的超级计算机也可能永远无法解决这些问题。

例如，这样一个强大的量子系统可以开启对化学反应和分子过程动力学的全新理解；反过来，这可以使研究人员通过模拟更好的碳捕获方法来帮助研究气候变化；发现用于制造电动汽车和能源网的电池的材料，以实现更清洁和更可持续的目标；并发现更有效和节能的肥料。

为了迎来这个强大的新模式，通过与芝加哥大学、东京大学和IBM更广泛的全球生态系统合作，IBM将在未来十年努力推进这一系统的基础技术，并设计和建立必要的规模化组件。

2033年的10万比特量子中心超级计算机

IBM Quantum System Two，这是一个被设计为模块化和灵活的系统，将多个处理器结合到一个带有通信链接的系统中。这个系统的目标是在2023年底前部署，并将成为以量子为中心的超级计算机的构建块。

IBM量子公司以量子为中心的10万量子比特超级计算机的视觉效果图，预计将在2033年部署。

展望未来，IBM打算扩大这些伙伴关系：包括阿贡国家实验室和费米国家加速器实验室——这两个实验室都是芝加哥量子交易所的成员，并且是能源部两个各自的量子中心的所在地。重要的是，这两个实验室提供的能力和专业知识可以促进交付以量子为中心的超级计算机技术。
对此，IBM董事长兼首席执行官Arvind Krishna说：“在过去的几年里，IBM一直处于向世界介绍量子技术的前沿。我们已经沿着我们的路线图和使命取得了重大进展，在全球范围内建立了有用的量子技术，以至于我们现在可以与合作伙伴一起，真正开始探索和开发以量子为基础的新一类超级计算。”

IBM的这台以量子为中心的超级计算机计划预计将涉及计算堆栈的各个层面，并包括量子计算和量子通信领域的融合，以及通过混合云实现量子和经典工作流程的无缝整合。
这一重磅战略无疑将IBM量子推向了全新高度。
根据早前公开发布的技术路线图，IBM主要在开发超导量子计算机——这与国内已公开发布了多款产品的本源量子、量旋科技的技术路线不谋而合，因此我们可以尝试对比评估这些产品的性能、提出改进和学习建议。
值得一提的是，此篇对比本身并不代表一种比另一种更好，而是避免混淆所带来的效率低下与信息滞后。本文将主要从技术指标等方面对公开发行的产品进行对比、旨在通过良性竞争促进后续科技进步。实际上，决定产品商业价值的因素还有很多，如有侵权/误解问题，请联系我们修改。
1）超导量子计算云

本源量子（https://qcloud.originqc.com.cn/zh/computerServies/servies）
本源量子通过其OriginQ Cloud提供了一个平均弛豫时间至少为10μs的6量子比特设备：这意味着所有的计算必须在大约1000万分之一秒内完成。目前，没有一家西方公司声称弛豫时间低于20μs，这意味着OriginQ Cloud至少有两倍的时间来进行西方超导量子计算机的计算。IBM量子公司性能最差的设备比其所有西方竞争对手的寿命都长，所有这些设备的寿命都超过了本源的夸父芯片：最小的设备通常有5个量子比特，因此夸父比一些西方的同类设备要大。

量旋科技声称有一个20个量子比特的设备，其弛豫时间大致在10-100μs之间，但它只公开提供了一个8个量子比特的设备，其弛豫时间的范围也很广。在特定时候，芯片上的一些量子比特的弛豫时间可能与IBM Quantum的部分量子比特相当，而同一芯片上的其他量子比特的弛豫时间可能与本源量子的一样。
8个量子比特设备还受到线性拓扑结构的限制，这意味着所有的量子比特最多只能与另外两个量子比特相连；两端的量子比特各自只能与另外一个量子比特相连。因此，在这种8量子比特设备上运行的大多数算法将需要额外的操作来移动量子状态，这些操作大大增加了计算过程中的错误率。

《用68个可编程的超导量子对非阿贝尔任意子进行数字模拟(Digital simulation of projective non-Abelian anyons with 68 superconducting qubits)》，5月11日刚刚在arXiv网站对论文进行了第二版修改。
当然，国内也有几所大学合作发表了一篇论文，声称超导量子计算机有68个量子比特，平均弛豫时间为109.8μs——这两个数字都远远领先。
因为IBM433比特的Osprey芯片刚刚以探索(Exploratory)状态面世，IBM量子公司仍有几个127比特的设备可用，我们可以将其与我们刚刚看到的68比特进行比较。IBM量子公司目前总共有22个公开可用的超导量子计算机，其中9个是免费提供的。其中两个127量子比特的设备：ibm_sherbrooke和ibm_kyiv，拥有约300μs的弛豫时间。

Ibmq_manila

ibm_peekskil
IBM量子的设备之一——ibmq_manila，只有5个量子比特，其平均弛豫时间为198.17μs；现在，全世界都可以无限制地免费使用IBM量子设备。27比特的ibm_peekskill拥有最高的平均弛豫时间：320.75μs。
上述还只是IBM早先发布的产品；其127个比特的ibm_sherbrooke的平均弛豫时间为293.68μs。这意味着IBM量子公司能够单枪匹马地在一台超导量子计算机中，拥有更多的、高质量的量子比特。
2）门户网站
上述公司都有一个共同点：他们都有以拖拽式电路构建器为特色的门户网站。接下来，让我们对这些门户网站做一个浅显的了解。

本源量子的拖拽式电路构建器在屏幕上占主导地位；左边有网站导航，周围有可视化的内容。

量旋科技将QASM编辑器移到了屏幕的右侧。

IBM Quantum有第一个公开可用的量子计算云，而且从一开始就没有什么变化。拖拽式电路构建器仍然占据中心位置，导航仍然在左边，可视化仍然在下面，侧面仍然有一个QASM编辑器。
3）软件开发包
IBM Quantum也许因其Qiskit库而最有名，这是世界上号称最流行的量子计算库。当然，国内公司也发布了自己的软件开发包，让我们来简单看一看。

本源量子的OriginQ Cloud包括一个有12个Jupyter记事本的库(lab)，但没有可能隐藏额外Jupyter笔记本的文件夹。我们没有看到任何教科书上的算法或样本应用程序，只有关于如何使用QPanda的教程。

量旋科技的SpinQit由GitHub上的14个教程组成，其中包括算法和应用。考虑到该公司对教育领域的关注，这里没有介绍性的教程是令人惊讶的。

IBM Qiskit 以包含所有内容而闻名：介绍性教程、教科书算法和示例应用程序。另外，它不仅限于 IBM 硬件；因为它是开源的，所以它可以与竞争对手的硬件集成。 
看一看 GitHub，就会发现 Qiskit 有多少贡献者，这使得 Qiskit 成为最大的公开可用量子计算库：如果用户在另一个库中找到喜欢的东西，Qiskit 很可能也有。
Qiskit 是一个开源库，在量子社区中拥有最大的用户群。 这个可以访问代码的用户群使 Qiskit 比支付员工开发 SDK 的公司的图书馆更大。因此，Qiskit 仍能在该领域保持领先地位也就不足为奇了。

根据公开信息，中国机构在量子相关研究上的花费相当于世界上大多数国家的总和； 这甚至成了其他所有国家奋勇向前、不甘落后的巨大动力。但是，根据已知数据来看，没有证据表明中国在量子计算软、硬件和商业方面处于领先地位。
可以看出，与IBM的差距，不只是量子比特、弛豫时间等硬件的差距，而是从战略布局、软件设计、到用户服务的全方位差距。当然，IBM作为一家坚挺110余年的商业巨头，每一突破、举动无疑不都牵领着全球科技的步伐。光子盒的观点则是，首先要正视我们在超导量子计算机上与IBM的差距，但也无需有负面情绪，要相信国家的布局和科学家的努力。
最后，我们呼吁，量子计算机不只是科研人员的事，还需要其他环节的全方位支持，从硬件技术、量子测控系统、软件开发都亟待突破，希望各行各业联合起来，共同推动中国量子计算的进步。
参考链接：[1]https://www.prnewswire.com/news-releases/ibm-launches-100-million-partnership-with-global-universities-to-develop-novel-technologies-towards-a-100-000-qubit-quantum-centric-supercomputer-301829976.html[2]https://quantumcomputingreport.com/assessment-of-quantum-computing-hardware-portals-and-software-development-kits-publicly-available-in-china/

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