本周， IBM 发布了两款闪亮的新型量子计算机。
该公司的 Condor 处理器是同类中第一款拥有超过 1,000 个量子位的量子芯片，这一壮举在几年前还会成为头条新闻。但今年早些时候，一家名为AtomComputing 的初创公司采用不同的方法推出了一台 1,180 量子位的量子计算机。尽管 IBM 表示 Condor 证明它能够可靠地大规模生产高质量的量子位，但在下一个十年的某个时候，它可能会成为该公司生产的最大的单芯片。
IBM 将专注于充分利用其拥有的量子位，而不是增加每个芯片上塞满的量子位数量。从这方面来说，发布的第二款芯片 Heron 就是未来。
尽管 Heron 的量子比特数比 Condor 少（只有 133 个），但它的速度明显更快且不易出错。该公司计划将这些较小的芯片组合成越来越强大的系统，有点像为智能手机提供动力的多核处理器。其中第一个系统二号也于本周宣布，包含三个相连的 Condor 芯片。
IBM 还更新了其量子路线图，即到 2033 年的关键工程里程碑的时间表。值得注意的是，该公司的目标是到 2029 年完成一台容错量子计算机。该机器的大小不足以运行复杂的量子算法，例如预计有一天会突破标准加密。尽管如此，这仍然是一个大胆的承诺。
量子校正
实用的量子计算机将能够解决使用经典计算机无法解决的问题。但当今的系统太小且错误丛生，无法实现这一梦想。为了实现这一目标，工程师们正在研究一种称为纠错的解决方案。
量子位是量子计算机的基本单位。在笔记本电脑中，信息的基本单位是由打开或关闭的晶体管表示的 1 或 0。在量子计算机中，信息的单位是 1、0，或者——由于量子怪异——两者的某种组合。物理组件可以是原子或微小的线圈。
IBM 选择了后者，通过将电线或传输回路冷却至接近绝对零的温度并将其置于量子态来制造量子计算机。问题就在这里。量子位非常脆弱，在整个计算过程中很容易脱离这些量子态。这会引入一些错误，导致当今的机器变得不可靠。
解决这个问题的一种方法是尽量减少错误。 IBM 在这方面取得了进展。 Heron 使用一些新硬件来显着加快系统将成对量子位置于量子态的速度（一种称为“门”的操作），限制突然出现并传播到相邻量子位的错误数量（研究人员称之为“串扰”） ）。
“这是一个漂亮的设备，”甘贝塔告诉Ars Technica 。 “它比以前的设备好五倍，错误少得多，并且串扰无法真正测量。”
但你无法完全消除错误。未来，冗余也将是关键。
通过在一组量子位之间传播信息，您可以减少任何一个错误的影响，还可以检查并纠正该组中的错误。因为需要多个物理量子位来形成这些纠错的“逻辑量子位”之一，所以您需要大量的物理量子位来完成有用的计算。这就是规模的重要性。
软件也可以提供帮助。 IBM 已经在采用今年早些时候宣布的一种名为“错误缓解”的技术，该技术可以模拟可能的错误并将其从计算中减去。他们还发现了一种纠错方法，可以将逻辑量子位中的物理量子位数量减少近一个数量级。所有这一切都需要量子位之间的高级连接形式，这可能是未来最大的挑战。
IBM 高级副总裁兼研究总监 Dario Gil 告诉路透社：“你必须将它们联系在一起。” “你必须一起做很多这样的事情才能切实可行。因为如果没有的话，这只是一个纸上练习。”
前方的路
IBM 在行业中的独特之处在于它发布了展望未来十年的路线图。
这似乎有风险，但迄今为止，他们一直坚持这样做。除了 Condor 和 Heron 的消息外，IBM 还发布了其路线图的更新版本。
明年，他们将发布 Heron 的升级版本，能够进行 5,000 次门操作。 Heron 之后推出了 Flamingo 芯片，其中 7 个芯片将连接到一个名为 Crossbill 的单一系统中，该系统拥有超过 1,000 个量子位。他们还计划将 Flamingo 的门数量每年增加约 50%，直到 2028 年达到 15,000 个。该公司将并行进行纠错工作，从内存开始，然后转向通信和门。
所有这一切都将在 2029 年推出名为 Starling 的 200 量子位容错芯片，并将门运算跃升至 1 亿次。椋鸟将在 2033 年让位于更大的冠蓝鸦。
海森堡的赛马
尽管 IBM 可能是最开放的，但它并不是唯一一家有抱负的公司。
谷歌正在研发相同类型的量子计算机，并且多年来一直专注于规模的纠错。然后还有其他类型的量子计算机——一些使用带电离子作为量子位，而另一些则使用光子、电子，或者像原子计算一样使用中性原子。每种方法都有其权衡。
IBM 量子系统总监 Jerry Chow 告诉 The Verge ：“归根结底，有一组简单的指标可供您比较量子处理器的性能。” “问题在于规模：您可以获得并可靠地构建多少个量子位？质量：这些量子位的寿命有多长，可供您执行操作和计算？还有速度：通过这些量子处理器实际运行执行和解决问题的速度有多快？”
原子计算有利于中性原子，因为它们是相同的——消除了制造缺陷的可能性——可以无线控制，并在室温下运行。 Chow 同意中性原子空间中发生了一些有趣的事情，但速度是一个缺点。 “这取决于这个速度，”他说。 “任何时候你拥有这些实际的原子项目，无论是离子还是原子，你的时钟频率最终都会伤害你。”
事实是，比赛还没有获胜，而且在一段时间内也不会获胜。新的进步或不可预见的挑战可能会改变格局。但 Chow 表示，公司对其方法的信心使他们能够展望未来 10 年。
“对我来说，更重要的是，在这 10 年内，将会不断出现创新，随着时间的推移，这可能会使其更具吸引力。这就是技术的本质，”他说。
图片来源： IBM