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IBM全球首台量子计算一体机:像珠宝一样密封在玻璃盒子里

时间:2023-03-16 01:53:49 科技观察

在CES2019展会上,IBM将整个量子计算系统集成到一个边长9英尺(约2.74米),作为一台可以独立工作的复杂设备展出,称为IBMQSystemOne。在去年的国际消费电子展(CES)上,美国IBM公司展示了其50位量子计算机的内部结构:数层金色圆盘自上而下堆叠成倒锥形结构,夹杂着复杂的银质管道,就像蒸汽朋克吊灯。事实上,这个巨大的“吊灯”只是所谓量子计算机的核心硬件。如果配备配套的供能、冷却和控制设备,它可以装满IBM位于纽约约克敦海茨的实验室的一个房间。在今年的CES展上,IBM将整个量子计算系统集成到一个边长9英尺(约合2.74米)的立方体玻璃盒子中,并将其展示为一个可以独立工作的综合设备,称为IBMQSystemOne。这将是世界上第一台一体化量子计算机。全球首台量子计算一体机从IBM官网公开的照片来看,这套量子计算一体机颇具设计感。硼酸玻璃面板有半英寸厚,前后门自动打开,让工程师在停机期间可以快速访问隐藏在后面板后面的制冷和控制模块。但是,如果同时打开前后门,整个玻璃箱体就变成了不稳定的平行四边形,所以需要一些独立的钢架和铝架来固定。整个结构旨在最大限度地减少振动并减少可能的干扰。玻璃外壳由专业的工业设计公司和建筑室内设计公司设计,然后由意大利米兰的制造商Goppion组装。法国卢浮宫馆藏名画《蒙娜丽莎》、英国伦敦塔保存的皇冠珠宝等高端展览方案也由Goppion提供。事实上,强大而脆弱的量子比特确实需要像名画和珠宝一样呵护。具有集成量子计算系统的立方玻璃盒量子计算机根据一组与经典计算机完全不同的量子力学定律运行。经典计算机中的位不是0就是1,二元运算就是以此为基础进行的。在神奇的“叠加态”加持下,量子比特可以同时为0和1,就像薛定谔著名的猫一样,生死相随。在理想状态下,50个量子比特一次可以进行2到50次方的运算,这已经是一个天文数字了。理想很丰满,现实却很脆弱。这些量子位需要保持在绝对零附近才能用于量子计算。但即便如此,来自温度、电磁场和物理振动的一点扰动都可以在万分之一秒内破坏量子比特的神奇状态。因此,IBM研究人员希望将整个系统集成到一个精美的玻璃盒子中后,能够减少因环境干扰而导致的计算错误。在米兰组装后,玻璃立方体进行了2周的测试。测试系统包括:稳定和自校准的量子硬件设计,提供可重复和可预测的高质量量子比特;连续工作制冷工程,隔绝寒冷的工作环境;紧凑精密的电子器件模块可以紧密封装,可以精确控制大部分量子比特;量子固件可以管理系统的健康状态,系统可以在不停机的情况下进行升级;为混合算法运算提供机密云访问和经典计算能力。IBMQSystemOne在米兰的组装现场值得一提的是,这款量子计算一体机的位数是20位,这在2019年看来并没有那么了不起。50位是业界敏感的门槛:加州理工学院教授JohnPreskill在2012年提出了“量子至上”(QuantumSupremacy)的概念,预言一台50比特的量子计算机可以解决特定问题,超越世界上性能最高的经典计算机。2017年底,IBM宣布开发出50位量子计算机原型机。2018年初,谷歌宣布计划开发世界上最高质量的72位量子计算机。在竞争激烈的阶段,IBM开始尝试解构“量子霸权”的概念。去年CES上展出的IBM“量子计算机”的核心部件外形酷似一盏吊灯。IBMQ战略副总裁BobSutor曾向澎湃新闻强调,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位量子计算机也无法完全超越经典计算机。2017年推出的IBMQ量子计算服务网络已吸引超过500家用户,覆盖包括埃克森美孚在内的跨国巨头和CERN等科研基地,让前沿工程师和研究人员通过云端体验量子计算。计算在金融服务、制药和人工智能方面的潜力。2019年下半年,扩大版的IBMQ量子计算中心将在纽约波基普西开放。IBMQSystemOne与其外观设计一样,更像是一件艺术品。IBM目前还没有商业计划。在量子计算基础研究还未取得突破,实用性仍是空中楼阁的情况下,这个精致的玻璃盒子期待将量子计算机放在办公室的愿景,就像想象一台iMac笔记本在ENIAC机器计算机时代。