IBM量子实验室内景图

(图片来源：IBM)

2020年9月15日，IBM发布了一篇博客文章，正式公布了IBM的量子路线图。“量子计算最前沿”现编译如下：

今天，我们发布了一个路线图，该路线图将指导我们从目前嘈杂的、小型量子计算设备发展到未来包含数百万量子比特的量子计算设备。我们团队正在开发一套可扩展的、性能更出色的处理器，其中包括一个超过1000个量子比特的设备，名为‘IBM Quantum Condor’，预计将在2023年底发布。为了在Condor之外容纳更多的大型设备，我们正在开发一种稀释冰箱，其体积要比目前市售的冰箱大。凭借行业领先的知识、跨学科团队和为改进系统讨论得出的灵活方法论，这张路线图将指导我们走上未来百万级量子比特处理器的道路。一直以来，我们的硬件路线图始终围绕一项使命：设计一个通过云部署的全栈量子计算机，全球任何人都可以编程。

IBM量子团队构建量子处理器计算机处理器，这些处理器依赖于基本粒子的数学运算扩展计算能力，运行量子线路(而非数字计算机的逻辑线路)。我们用人造原子的电子量子态来表示数据，这种量子态被称为超导传输子(transmon)量子比特，这些量子态通过一系列的微波脉冲连接和操纵来运行这些线路。但是由于与外界的相互作用，量子比特很快就会忘记它们的量子态。我们团队今天面临的最大挑战是如何在足够长的时间内控制这些量子比特的大系统，并且在足够少的误差下运行未来量子应用所需的复杂量子线路。

IBM量子路线图

(图片来源：IBM)

自本世纪中叶以来，IBM一直在探索超导量子位，大约在2010年增加了相干性时间，减少了误差，使多量子比特设备得以实现。从量子比特到编译器，系统各个层面得到持续改进和进步，终于在2016年将第一台量子计算机投入云端。目前，我们在IBM云上维护了二十多个稳定的系统，供客户和公众进行实验，包括我们的5量子比特IBM Quantum Canary处理器和27量子比特IBM Quantum Falcon处理器，我们最近在其中一个处理器上运行了足够长的量子线路，可以实现64量子体积。这项成就并不是基于建立更多的量子比特；相反，我们对编译器进行了改进，改进了两个量子比特门的校准，并根据微波脉冲的微调对噪声处理和读出进行了升级。这一切的基础是具有世界领先设备指标的硬件，采用独特的工艺制造，以确保可靠的产量。

在努力改进小型设备的同时，我们还将吸取的许多经验教训纳入扩展到大型系统的路线图中。事实上，这个月我们悄悄地向我们的IBM Q网络成员发布了具有65量子比特的Quantum Hummingbird处理器。该设备具有8:1读出多路复用功能，这意味着我们将8个量子比特的读出信号合并为一个，减少了读出所需的布线和组件的总量，提高了我们的扩展能力，同时保留了Falcon一代处理器的所有高性能特性。我们已经显着地减少了相关控制系统中信号处理的延迟时间，为即将到来的反馈和前馈系统功能做准备，我们将能够在量子线路运行时根据经典条件控制量子比特。

明年，我们将推出127量子比特IBM Quantum Eagle处理器。为了超越100量子比特里程碑，Eagle处理器进行了几项升级：最关键的是，通过硅通孔(TSV)和多层布线，能够有效扇出(fan-out)大量经典控制信号，同时在分离层中保护量子比特，以保持高相干时间。同时，我们已经在连接和减少串扰误差之间取得了微妙的平衡，我们采用了固定频率的方法来实现两个量子比特门和由Falcon引入的六边形量子比特排列。这种量子比特布局使我们能够实现团队去年首次推出的“重六边形”纠错代码，以便扩大物理量子比特的数量，还将能够探索它们如何作为纠错逻辑量子比特一起工作，我们设计的每个处理器都考虑到了容错问题。

利用Eagle处理器，我们还将引入并行实时经典计算能力，从而执行更广泛的量子线路和代码家族。

基于小型处理器建立的设计原则，我们将在2022年发布433量子比特 IBM Quantum Osprey系统。更高效、更密集的控制和低温基础设施使得扩展处理器不会牺牲单个量子比特的性能、引入更多的噪声源或占用太大的空间。

‍2023年，我们将推出1121量子比特的IBM Quantum Condor处理器，它将吸取以前处理器的经验教训，同时继续降低关键的双量子比特错误，以便我们能够运行更长的量子线路。Condor处理器是一个转折点、里程碑，标志着我们有能力实施纠错和扩大设备，同时也足够复杂，可以探索潜在的量子优势，即量子计算机解决解决某些复杂计算问题的效率优于世界上最出色的超级计算机。

建造Condor需要解决一些最紧迫的挑战，即扩大量子计算机的规模。然而，随着我们对量子领域的探索甚至超越了上千量子比特大关，目前的商用稀释冰箱将不再能够有效地冷却和隔离这些潜在的大型复杂设备。

因此，我们还推出了一款10英尺高、6英尺宽的“超级冰箱”，内部称之为“Goldeneye”，其规模超过当今任何一款市售的冰箱。我们的团队在设计这个庞然大物时考虑到了百万量子比特的系统，并且已经开始了基本的可行性测试。最终，我们设想的未来是，实现量子互连链路稀释冰箱，每台冰箱都能容纳一百万个量子比特，就像内联网链接的超级计算处理器，创造出一个能够改变世界的大规模并行量子计算机。

通过制定量子路线图，给出了清晰的愿景，IBM距离在未来十年内实现容错量子计算机的目标更近了一步。

本文由量子计算最前沿基于相关资料原创编译       QC-Frontier

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