Gambetta：我们的终极目标是建造一个大规模的量子计算机

在近日举办的虚拟量子计算峰会（Quantum Computing Summit）上，IBM制定了量子计算未来的路线图。为了说明未来任务的艰巨性，IBM研究员兼量子计算副总裁Jay Gambetta将阿波罗任务与下一代大蓝量子计算机进行了对比。

在IBM Research上发表的一篇文章中，Gambetta说：“……就像登月一样，我们有一个终极目标，那就是进入一个超越经典计算机的领域：我们想要建造一个大规模的量子计算机。”

远大的抱负可以帮助人类实现登上月球的目标，并可能使量子计算机帮助解决我们最大的挑战，如管理医疗保健和管理自然资源。但从Gambetta的演示中可以清楚地看到，要实现IBM的最终目标，它还需要一系列步骤：一个名为Condor的1121qbit处理器。

对IBM来说，这是一个始于21世纪中期的超导量子比特研究的过程，该研究至少要持续到2023年。

这种对超导量子位的依赖与英特尔依赖硅自旋量子比特的路线图形成了鲜明对比。看来，IBM不像英特尔那样热衷于让量子比特类似晶体管。

然而，基于超导量子比特的量子计算机有一个大问题：它们需要大约20毫开尔文（-273摄氏度）的极冷温度。此外，随着超导量子比特数量的增加，制冷系统也需要扩展。为了在2023年达到1121qbit处理器的目标，IBM目前正在建造一个巨大的“超级冰箱（super fridge）”，名为Goldeneye，它将高3米，宽2米。

一旦达到1121量子比特的阈值，IBM相信它可以为量子计算的一个全新时代打下基础，在这个时代里，它将能够扩展到纠错的、相互连接的、100多万个量子比特的量子计算机。

Gambetta说：“在1121量子比特，我们希望开始演示真正的纠错，这将使电路具有比没有纠错更高的保真度。”

Gambetta说Big Blue工程师需要克服一些技术挑战，才能达到1121量子比特。早在9月初，IBM就推出了65量子比特的Hummingbird处理器，这比它的27比特Falcon处理器进步了一步，后者运行的量子电路足够长，IBM宣布其量子体积已经达到64。（量子体积是测量有多少物理量子位，它们之间的连接程度，以及它们有多容易出错。）

另一个问题是所谓的“fan-out”问题，当你在量子芯片上增加量子比特的数量时就会产生这种问题。随着量子位的增加，需要为每个量子位添加多个控制线。

这个问题已经成为一个令人担忧的问题，量子计算机科学家已经采用了半导体行业早在20世纪60年代中期定义的Rent Rule，观察到逻辑块的外部信号连接数与逻辑块中逻辑门的数量之间存在关系。量子科学家已经采用了这个术语来描述他们自己对量子比特连线的挑战。

IBM在下一年推出的“保护量子数”功能将使其在保持高量子密度的同时，将通过这些量子技术来解决“高量子数”的问题。

Gambetta说：“量子计算将面临类似于Rent规则的问题，但随着我们在我们的路线图中提出的多层布线和多路读出，我们已经在展示一条解决如何扩大量子处理器规模的途径。”

正是有了这个Eagle处理器，IBM将引入并行实时经典计算能力，从而能够引入更广泛的量子电路和代码家族。

在IBM的下一个版本，即2022年的433量子Osprey系统中，一些相当大的技术挑战将开始显现。

Gambetta说：“要达到433qubit的机器，就需要增加cryo基础设施、控制器和cryo柔性电缆的密度。之前从来没有这样做过，所以我们面临的挑战是确保我们的设计考虑到了百万量子比特的系统。为此，我们已经开始了基本可行性测试。”

在Osprey之后是Condor和其1121qbit处理器。正如Gambetta在他的帖子中指出的：“我们认为Condor是一个转折点，一个里程碑，标志着我们有能力实施纠错并扩展我们的设备，同时，复杂到足以探索潜在的量子优势问题，我们可以在量子计算机上比在世界上最好的超级计算机上更有效地解决这些问题。”

原文标题：IBM对量子计算的设想就像阿波罗计划一样

文章出处：【微信公众号：IEEE电气电子工程师学会】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。

责任编辑：haq