在今天舉行的年度量子峰會上，IBM 宣布了其代號為Eagle的最新量子處理器，從而提高了公司的賭注。新的量子處理器是世界上第一個擁有 100 多個可操作和連接的量子位的處理器——準(zhǔn)確地說是 127 個。

IBM 高級副總裁兼研究總監(jiān) Darío Gil 博士說：“'Eagle' 處理器的到來是朝著量子計算機(jī)能夠在有意義的水平上超越經(jīng)典計算機(jī)的那一天前進(jìn)而邁出的重要一步。” “量子計算有能力改變幾乎所有領(lǐng)域，并幫助我們解決這個時代最大的問題。這就是為什么 IBM 繼續(xù)快速創(chuàng)新量子硬件設(shè)計，為量子和經(jīng)典工作負(fù)載構(gòu)建相互賦能的方法，并創(chuàng)建一個對采用量子計算至關(guān)重要的全球生態(tài)系統(tǒng)。”

由 IBM Eagle加速的量子計算應(yīng)用可以在機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化的任何地方找到;材料和分子建模(基本上涵蓋了生命的幾乎所有元素，從分子美食到工程材料和基材);到藥物和能源工業(yè)研究領(lǐng)域。現(xiàn)在有一種量子計算機(jī)可以解決經(jīng)典計算系統(tǒng)無法破解的計算問題。但相對遺憾的是，Eagle仍然只能通過其 IBM Quantum Network 計劃在 IBM Cloud 上作為探索性設(shè)備提供。

IBM 的Eagle自然地建立在公司先前成就的設(shè)計決策之上。它遵循2019 年的 65 量子位Hummingbird(2020) 和 27 量子位Falcon處理器，并從這兩種架構(gòu)中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，以實現(xiàn)比以往任何時候都更復(fù)雜的量子電路。雖然量子位可以看作是筆記本電腦內(nèi)核的等價物，但量子電路代表了這些內(nèi)核的排列方式——它們?nèi)绾蝿澐譃榱孔娱T和測量。

系統(tǒng)擁有的量子位(核心)越多，它可以運(yùn)行的程序(量子電路層)就越復(fù)雜。IBM 表示 Eagle 非常先進(jìn)，如果你要在一臺經(jīng)典計算機(jī)中描述 Eagle 的 127 個量子位的量子狀態(tài)，你需要的比特比地球上所有 75 億人中存在的原子還要多。

127-qubit Eagle 量子處理器

“我們必須結(jié)合和改進(jìn)在前幾代 IBM Quantum 處理器中開發(fā)的技術(shù)，以開發(fā)包括先進(jìn) 3D 封裝技術(shù)在內(nèi)的處理器架構(gòu)，我們相信這些技術(shù)可以構(gòu)成處理器的支柱，包括我們計劃的 1000+ 量子位 Condor處理器。Eagle 基于我們的 Falcon 處理器首次推出的重六邊形量子位布局，其中量子位與兩個或三個相鄰的量子位連接，就像坐在鑲嵌六邊形的邊緣和角落一樣。這種特殊的連接性降低了由以下因素引起的錯誤的可能性相鄰量子位之間的相互作用——顯著提高了功能處理器的產(chǎn)量。”

為了增加量子比特的數(shù)量，IBM 工程師必須找到新的方法來擴(kuò)展量子計算的三個平面之間的復(fù)雜平衡：規(guī)模、質(zhì)量和速度。規(guī)模是指任何給定系統(tǒng)中存在的量子比特數(shù)——以及可用電路層操作的復(fù)雜性。質(zhì)量是指可以執(zhí)行可用工作的量子比特數(shù)，它本身通過量子體積表示。最后，一個量子系統(tǒng)的速度是由它的標(biāo)準(zhǔn)化CLOPs得分，這是IBM在不久之前提出的性能標(biāo)準(zhǔn)。

為了減少可能干擾量子相干性的元素數(shù)量，IBM 對量子位排列進(jìn)行了更改，并減少了量子位控制所需的組件數(shù)量——作為量子計算系統(tǒng)一部分，任何元素都不可避免地會導(dǎo)致系統(tǒng)失衡。為了減少量子位控制操作的影響，IBM 的研究人員在 Eagle 量子處理器的幾個層中分布了控制線，同時量子位保持在它們自己的隔離層上——從而減少了微妙量子態(tài)的不穩(wěn)定(這是地球上的任何經(jīng)典計算機(jī)都無法描述)。反過來，這允許增加系統(tǒng)可以包含的總量子比特數(shù)。

IBM 的計劃是大膽的;該公司顯然傾向于將量子作為下一個計算時代，量子優(yōu)勢的目標(biāo)是主要動力(量子優(yōu)勢只是描述了一種計算狀態(tài)，其中經(jīng)典計算系統(tǒng)和量子計算系統(tǒng)之間存在明顯的性能和復(fù)雜性差異)。該公司在該領(lǐng)域的貢獻(xiàn)已經(jīng)是巨大的，例如他們提出了量子體積的行業(yè)定義標(biāo)準(zhǔn)以及有望成為量子性能基準(zhǔn)單元 CLOP 的開發(fā)。通過其從最初的 27 量子位 Falcon 處理器，并在隨后的每年中將其復(fù)雜度提升，IBM 已經(jīng)執(zhí)行了它自己設(shè)計的路線圖：旨在最早在 2023 年實現(xiàn) Quantum Advantage。

因此，IBM 預(yù)計到 2022 年，從 Eagle 中的 127 個量子位到 433 位量子處理器(Osprey)，一年內(nèi)可用量子位將增加三倍。Condor 是 IBM 預(yù)計 2023 年推出的量子處理器的代號，最早將在 2023 年提供多達(dá) 1,121 個量子位。IBM 預(yù)計在兩年內(nèi)將可用量子位總數(shù)增加 10 倍。

IBM 正在進(jìn)一步投資于量子計算領(lǐng)域，已與各種合作伙伴部署了其 Quantum System One。IBM 的 System One 被譽(yù)為世界上第一個集成量子計算系統(tǒng)，已成功部署在德國領(lǐng)先的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)弗勞恩霍夫大學(xué)和日本東京大學(xué)。IBM 還將在美國的克利夫蘭診所部署其 System One 。此外，IBM Quantum 今天宣布與韓國首爾延世大學(xué)建立合作伙伴關(guān)系，這將在學(xué)術(shù)界探索另一個 IBM 驅(qū)動的量子計算系統(tǒng)。

該公司現(xiàn)已宣布 System One 的自然演變。IBM Quantum System Two 已經(jīng)在開發(fā)中，它讓我們領(lǐng)略了量子計算的未來可能是什么樣子。IBM 表示，該系統(tǒng)將能夠容納即將推出的 433-qubit Osprey 量子處理器以及 2023 年預(yù)期的 1,121-qubit Condor。IBM 似乎相信這些將能夠?qū)⑽覀儙肓钊藟裘乱郧蟮?Quantum Advantage 時代，并且系統(tǒng)二將真正為跨行業(yè)和部門解決問題的基礎(chǔ)帶來革命性的變化：從協(xié)調(diào)我們?nèi)虻奈锪鞴?yīng)鏈以設(shè)計更高效的電池。

IBM 的 Quantum 系統(tǒng)二也將更加關(guān)注模塊化作為可擴(kuò)展性的推動因素。目標(biāo)是讓 IBM 的系統(tǒng)二能夠作為 IBM 量子計算產(chǎn)品的模塊化下一代迭代的部署工具，允許部署在一定程度上擴(kuò)展和現(xiàn)代化。

因此，該系統(tǒng)集成了任何給定機(jī)構(gòu)可能需要的擴(kuò)展資源。這些資源包括控制電子設(shè)備(量子位操作所必需的)和低溫冷卻(使低于零溫度的量子特性需要表現(xiàn)出來)。該公司已經(jīng)在試圖弄清楚對于百萬量子比特系統(tǒng)來說，冷卻系統(tǒng)會是什么樣子;就目前而言，答案是一個 10 英尺高、6 英尺寬的“超級冰箱”，內(nèi)部代號為“Goldeneye”，這是一種比當(dāng)今任何市售冰箱都大的稀釋冰箱。

IBM 進(jìn)一步闡明了其量子系統(tǒng)二的計劃：

同時確保工程師可以輕松訪問和維修“冰箱”內(nèi)的硬件。”

IBM Quantum System 2 還具有通過額外部署進(jìn)行擴(kuò)展的可能性;IBM 將推出同時鏈接多個量子計算系統(tǒng)的能力;首先提供更大的共享低溫工作空間;然后，通過實際連接多個獨立的量子處理器。

我們現(xiàn)在正徘徊在量子計算革命的邊緣，這是數(shù)十年科學(xué)努力的頂峰。我們正在進(jìn)入一個新的寒武紀(jì)爆發(fā)年代，這是由量子計算機(jī)驅(qū)動的。而IBM 似乎熱衷于引領(lǐng)這個特定的未來。