該公司的量子技術(shù)將在2023年突破1000量子比特大關(guān)。

IBM的Condor是世界上第一臺突破1000量子比特的通用量子計算機，將于2023年首次亮相。預(yù)計今年IBM還將推出Heron，這是第一款新型模塊化量子處理器，該公司表示，這款處理器可能有助于其在2025年前生產(chǎn)出擁有4000多量子比特的量子計算機。

雖然針對經(jīng)典計算機需要億萬年才能解決的問題，理論上量子計算機可快速找到答案，但今天的量子硬件的量子比特仍然不足，這限制了它的實用性。量子計算所需的糾纏和其他量子態(tài)非常脆弱，易受熱量和其他干擾的影響，這使得增加量子比特的數(shù)量成為一個巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

盡管如此，IBM還是穩(wěn)步增加了其量子比特數(shù)量。2016年，該公司將第一臺量子計算機放在云端，任何人都可用它做實驗。這臺設(shè)備有5個量子比特，每個量子比特都是冷卻到接近絕對零度的超導(dǎo)電路。2019年，該公司制造了27量子比特的Falcon；2020年，打造了65量子比特的Hummingbird；2021年，推出了127量子比特的Eagle，這是第一款超過100量子比特的量子處理器；2022年，制造了433量子比特的Osprey。

其他量子計算機比IBM Condor處理器的1121量子比特還要多，例如，D-Wave Systems在2020年推出了一個5000量子比特的系統(tǒng)。但是D-Wave的計算機專門用于解決優(yōu)化問題，而Condor將是世界上最大的通用量子處理器。IBM量子基礎(chǔ)設(shè)施總監(jiān)杰瑞?周（Jerry Chow）說：“1000量子比特真的挑戰(zhàn)了我們能夠真正集成的極限?！毖芯咳藛T表示，將讀取和控制所需的線路和其他組件分離到其自己的層上（一種從Eagle開始應(yīng)用的策略），可以更好地保護量子比特免受破壞，并整合更多的量子比特。“我們會一邊向上擴展，一邊學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)則，比如‘這個可以越過這個；這個不能越過這個；這個空間可以用來完成這項任務(wù)。’”周說。

IBM計劃在2023年推出的另一款量子處理器Heron只有133量子比特，與Condor相比可能微不足道。但IBM表示，其升級架構(gòu)和模塊化設(shè)計預(yù)示著一種開發(fā)強大量子計算機的新策略。Condor使用固定耦合架構(gòu)來連接量子比特，而Heron將使用可調(diào)耦合架構(gòu)，在承載量子比特的超導(dǎo)環(huán)路之間增加約瑟夫森結(jié)。這種策略能夠減少量子比特之間的串?dāng)_，提高處理速度，并減少錯誤。(谷歌已在其53量子比特的Sycamore處理器中使用了這樣的架構(gòu)。)

此外，Heron處理器專為相互之間的實時經(jīng)典通信而設(shè)計。這些鏈路的經(jīng)典性質(zhì)意味著它們的量子比特不能在Heron芯片上糾纏，無法以此實現(xiàn)眾所周知的量子處理器計算能力的提升。不過，這些經(jīng)典鏈路使“電路編織”技術(shù)成為可能，在這方面，量子計算機可以從經(jīng)典計算機中獲得幫助。

例如，IBM研究人員發(fā)現(xiàn)，使用一種名為“糾纏鍛造”的技術(shù)，僅用通常所需量子比特的一半便可以模擬量子系統(tǒng)（例如分子）。這種方法將量子系統(tǒng)分成了兩半，在量子計算機上分別建模，然后使用經(jīng)典計算來計算兩半之間的糾纏，并將模型編織在一起。

雖然處理器之間的這些經(jīng)典鏈路很有幫助，但IBM打算最終取代它們。該公司計劃在2024年推出Crossbill和Flamingo，前者是一款408量子比特處理器，通過短程量子通信鏈路將3塊微芯片耦合在一起，后者是一款462量子比特模塊，計劃通過大約1米長的量子通信鏈路合成一個1386量子比特系統(tǒng)。如果這些連接實驗取得成功，IBM計劃在2025年推出1386量子比特的Kookaburra模塊，使用短程和遠程量子通信鏈路將3個這樣的模塊結(jié)合成一個4158量子比特的系統(tǒng)。

日本理化學(xué)研究所理論量子物理實驗室（Theoretical Quantum Physics Laboratory）的首席科學(xué)家弗蘭克?諾雷（Franco Nori）說，IBM“旨在逐步改進的策略是非常合理的，而且從長遠來看很可能會成功”。

2023年，IBM還計劃改進其核心軟件，幫助開發(fā)人員在云端統(tǒng)一使用量子計算和經(jīng)典計算?！拔覀冋跒橐粤孔訛?a target="_blank">中心的超級計算機奠定基礎(chǔ)?！敝苷f，“我們認為量子處理器不是完全集成的，而是松散聚合的?！彼忉尩溃@種框架將具備靈活性，能適應(yīng)量子軟硬件可能經(jīng)歷的不斷升級。

2023年，IBM計劃開始開發(fā)量子軟件應(yīng)用的原型。到2025年，該公司希望將此類應(yīng)用引入機器學(xué)習(xí)、優(yōu)化問題、自然科學(xué)等領(lǐng)域。

研究人員希望最終使用量子糾錯來彌補量子處理器容易犯的錯誤。這些方案能夠?qū)⒘孔訑?shù)據(jù)分散在冗余量子比特中，每個有用的邏輯量子比特都需要多個物理量子比特。相反，IBM計劃從2024年開始將錯誤緩解方案引入平臺，從源頭防止這些錯誤。但是，即使針對如何解決錯誤的爭論最終以需要更多的量子比特而結(jié)束，IBM應(yīng)該也能夠憑借1121量子比特的Condor等產(chǎn)品處于有利地位。

審核編輯 ：李倩