IBM将展出全球首台量子计算一体机:封在玻璃盒里如珠宝

来源:腾讯    关键词:量子计算机, IBM,    发布时间:2019-01-09

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去年国际消费电子展(CES)上,美国IBM公司展示了其研制的50比特量子计算机的内部结构:数层金色圆盘从上而下叠成倒圆锥结构,夹杂繁复的银色管道,犹如一只蒸汽朋克风的吊灯。


其实,这只庞大的“吊灯”只是所谓量子计算机的核心硬件,要是加上配套的供能、冷却和控制设备,能在IBM位于纽约约克敦海茨的实验室摆满一个房间。

今年的CES展上,IBM将把整个量子计算系统集成到一个棱长为9英尺(约2.74米)的立方体玻璃盒中,作为一个能独立工作的综合设备展出,称为IBM Q System One。


这将是全球首台量子计算一体机。

全球首台量子计算一体机


根据IBM官网上透露的照片,这个集成的量子计算系统颇具设计感。硼酸玻璃板的厚度为半英寸(约1.3厘米),前后两扇门可自动开启,方便工程人员在停机时间快速检修藏在后面板背后的制冷和控制模块。不过,如果前后门同时开启,整个玻璃方盒就成了不稳定的平行四边形,因此需要一些独立的钢铝框架进行固定。整个结构力求使振动最小化,减少可能存在的干扰。


玻璃外壳由专业的工业设计公司和建筑内饰公司设计,再由意大利米兰的制造商Goppion组装。法国卢浮宫馆藏的名画《蒙娜丽莎》和英国伦敦塔保存的王冠珠宝的高端展览方案也是由Goppion提供的。


事实上,强大而又脆弱的量子比特确实需要得到名画和珠宝一般的关心看护。

集成量子计算系统的立方体玻璃盒


量子计算机依据一套完全不同于经典计算机的量子力学法则运行。经典计算机中的比特为0或1,基于此进行二进制运算。在神奇的“叠加态”加持下,量子比特却可以同时是0和1,正如薛定谔那只著名的又生又死的猫。在理想状态下,50个量子比特一次可以进行2的50次方次运算,这已经是个天文数字。


理想很丰满,现实很脆弱。这些量子比特需要被保持在绝对零度左右,才能用于量子计算。但即使如此,来自温度、电磁场和物理振动的一点点干扰,就可能在一万分之一秒内破坏掉量子比特的神奇状态。

设计图


因此,IBM的研究人员希望把整个系统集成到精妙的玻璃方盒里之后,因环境扰动带来的计算错误能够减少。在米兰组装后,玻璃方盒进行了为期2周的测试。


测试系统包括:稳定而具备自我校准能力的量子硬件设计,提供可重复、可预测的高质量量子比特;


能持续工作的制冷工程,隔绝出寒冷的工作环境;


紧凑而精准的电子器件模块能紧密地控制多数量子比特;


量子固件能管理系统的健康状态,无需停机即可升级系统;


提供保密云接入和混合算法运行的经典计算能力。

IBM Q System One在米兰的组装现场


值得一提的是,这个量子计算一体机的比特数是20个,在2019年看来并不多么了不起。50比特才是行业内敏感的一道门槛:加州理工学院教授普雷斯基尔(John Preskill)在2012年提出了“量子霸权”(Quantum Supremacy)的概念,预言50比特的量子计算机能在特定问题上超越世界上性能最好的经典计算机。


2017年底,IBM宣称研制出了一台50比特的量子计算机原型机,2018年初,谷歌发布了研制全球首个高质量72比特量子计算机的计划。在群雄逐鹿的白热化阶段,IBM却开始试图解构“量子霸权”的概念。

IBM在去年CES上展出的“量子计算机”核心部件像个吊灯


IBM Q战略副总裁Bob Sutor曾对澎湃新闻强调,重要的不是量子比特的数量,而是量子比特的质量。最新的数学研究证明,即使在特定问题上,50比特量子计算机也无法全面超越经典计算机。


2017年上线的IBM Q量子计算服务网络已经吸引了500多家用户,涵盖包括埃克森美孚在内的跨国巨头和欧洲核子中心在内的科研圣地,通过云端让前沿工程师和科研人员体验到量子计算在金融服务、制药和人工智能领域的潜力。


2019年下半年,扩大版的IBM Q量子计算中心会在纽约州的波基普西市开张


而IBM Q System One,正如它的外观设计,更像一个艺术品。IBM暂无商业化的打算。在量子计算在基础研究上未获突破,实用性仍是空中楼阁的情况下,这个精巧的玻璃盒子展望了在办公室随便摆一台量子计算机的远景,就像在ENIAC机的年代想象一台iMac笔记本电脑。