IBM 的新型“Osprey”量子处理器可显示 433 个量子位，是 2021 年“Eagle”版本数量的三倍 IBM 承诺从 2024 年起将算力提升至 1,000 个量子位以上，并从 2026 年起开发数万个量子位的系统。真正改变游戏规则的量子计算机？
«我们现在的使命是一个可以实现的目的地，而不是一个梦想”。 IBM 量子主管 Jay Gambetta 的这句话概括了该公司在这一领域的雄心。尽管多年来许多声音一直在解释这种类型的计算是一个死胡同，但 IBM 正在推出历史上最高效的量子处理器，将上一代的量子位数量增加了两倍。
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Osprey 的绰号是猛禽，法语为 osprey，它是 IBM 的新冠军。按照已经沟通了两年多的路线图的计划，Osprey 在柜台上显示了 433 个量子位。就在宣布 Eagle 及其 127 个量子位一年后，IBM（再次）信守承诺并推出了更强大的芯片。量子世界中的一个例外，它似乎正在与 IBM 一起摸索前进。
鱼鹰比鹰强多少倍？假设从理论上讲，每添加一个量子位，系统的能力就会增加一倍。即使你拿出计算器，你得到的数字也只是指示性的。这仍然告诉我们 IBM 量子架构威力的非凡提升——不可翻译的“可扩展性»！最重要的是，用 Jay Gambetta 的话说，这种力量最终将允许“用这些机器做（具体）事情”。
处理器、新电缆和未来的控制器
如果我们对 Osprey 处理器进行物理分解，我们可以说它是三合一的 Eagle 芯片。这本身就已经是一项壮举，因为量子纠缠很重——每个添加的量子位都可能成为系统不稳定的根源。但 Osprey 远非只是之前芯片的简单扩展，它受益于许多进步。无论是减少和减轻错误*、减少电路深度，甚至是大量软件改进（Quiskit 开发套件的两个新原语），IBM 都致力于所有方位角。软件和硬件一样，是量子系统成功的关键。“我们致力于速度、控制系统、量子引擎，甚至编译”IBM 研究员 Oliver Dial 解释道。“通过利用 Eagle 获得的经验，我们能够快速前进。有时我们的代码速度会乘以 10 »。
处理器、软件都非常好，但 IBM 也致力于研究看起来更琐碎的元素，比如……电缆。因为您应该知道，在量子处理器的情况下，每个量子位的状态必须是已知和控制的。如果说 Condor 的 27 个量子位已经是一个挑战，那么 Osprey 的 433 个量子位则代表了一个完全不同量级的挑战。这就是 IBM 将众多控制电缆合并为一根“超级电缆”的原因。它远非像我们旧硬盘驱动器的 IDE 电缆那样简单的电线聚合，而是一件金匠，是高科技和工艺的结合，只有研究才能生产。因为任务不仅是对连接进行物理分组，还在于隔离它们以避免它们之间的信号受到任何干扰。
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研究阶段的另一个进展是控制芯片的开发。能够在 4°K 温度下运行的“CryoCMOS”（无论如何，也就是 -269°C）。该温度远高于低温恒温器几微开尔文（比绝对零高几微度！），但远低于传统芯片可以承受的温度。
该芯片目前处于原型阶段，其优点将是显着降低量子计算机的能源成本。因为当前的系统是深渊。我们不仅要依赖制冷系统，甚至还要依赖控制量子部分的“经典”组件。但最重要的是，每个量子位控制器的功耗为 100 W。对于像 Osprey 这样的处理器，这相当于 100 W 的 433 倍！这种未来微型 CryoCMOS 芯片的前景非常广阔，因为它每个量子位的功耗仅为 10 mW。您可能想知道如何才能实现如此巨大的进步？很简单，因为在量子计算机领域，还有很多东西需要发明和开发。
超越研究：建立一个完整的部门
负责量子合作的副总裁 Aparna Prabhakar 明确表达了这种情况：“量子计算机不仅仅是一场简单的技术革命，而是整个产业的创造”。如果您像我们一样从未创建过一个行业，那么这项任务可能会显得艰巨。确实如此，但 IBM 知道方法。“要建设一个产业，我们必须创造技能、培训学生和研究人员””，普拉巴卡尔女士继续说道。她感到高兴的是，自 2016 年以来，已有超过 46 万用户使用了 IBM 上线的量子计算资源。或者该公司通过其遍布全球的 34 个量子创新中心发表了 1,750 篇研究论文。
大量的数字展示了该公司在该领域的努力。但这并不能掩盖生态系统的未来取决于一千块砖的事实。范围从材料物理到电缆开发，包括传统或超导芯片。但如果路还很长，IBM有信心，并且仍然有一个非常精确的路线图。
IBM System Two，一种新的标准量子功率计
除了在2022年底诞生Osprey之外，IBM逗明年不仅是一个处理器，而且是一台全新的计算机。或者更确切地说，是一个几平方米的怪物，以一种非常平庸的方式被称为“IBM System Two”。想象一下 20 世纪 50 年代的第一台计算机，但具有更具未来感的外观和数字高清彩色照片而不是黑白图像。但你会看到这种类型：大柜子，里面有一个圣杯：低温恒温器。
在这个接近绝对零的外壳的中心，有多达三个而不是一个量子处理器——没有具体说明它们是鱼鹰还是它的后继者秃鹰。更好：系统二是一个模块化设备，可以作为三重奏工作。足以同时运行 9 个量子处理器，达到 16,632 个量子位 - 您明白为什么 CryoCMOS 控制器对于降低能源费用很重要，嗯？
到 2025 年将达到 4,158 个量子位！
IBM 不懈的业绩记录无疑给多年来一直关注这一主题的新手留下了最深刻的印象。该公司不仅能够获得动力，而且几乎是有节奏地这样做，没有拖延多年。此外，我们已经知道 IBM 明年将推出的芯片：强大的 Condor。该组件将成为第一个超过 1,000 个量子位的组件，因为它将出现 1,121 个量子位。
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IBM 逐年发展的架构（芯片物理尺寸越来越大）应该会在 2024 年移交给新的预并行结构，包括 Flamingo 及其 1,386 个量子位。随后将复制一个新的架构，但在 2025 年更进一步，采用 Kookaburra（澳大利亚原住民的圣鸟）的 4,158 个量子位。
虽然从事硬件工作的工程师和研究人员将努力工作，但参与软件环境的工程师和研究人员承诺量子应用将于同年（2025 年）正式运行。在 2026 年之后的“大跃进”之前，IBM 系统的算力增长将超过数万个量子比特。我们最终应该看到量子计算机部署的全部能力的门槛。
