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IBM 发布首款商用量子计算机,但还只能在线购买计算力 | CES 2019

相比量子计算本身,能确保设备稳定运行的玻璃外壳是商业化关键

CES 2019 第二天,IBM 的 CEO Ginni Rometty 发布了一系列最新研究成果,包括第一款商用量子计算机,全新的天气预测模型以及人工智能辩论系统。

在拉斯维加斯会场上首次公开展示的量子计算系统被称为 IBM Q System One,实际在现场是一个 2.75 米 X 2.75 米的密封立方体,里面是一个垂直放置、拆掉保护外壳的量子计算核心模型。

量子计算机采用量子力学原理处理计算,和传统计算机中比特的概念不同。传统计算机中,数据存储是以“比特”(Byte,又被称为字节)为单位。每个比特在特定时刻只有 0 或 1 的一个状态。而在量子计算中,信息被量子比特(qubit)的形式存储,量子比特是 0 和 1 的叠加状态,既可以是 0 也可以是 1 。

叠加状态最为人熟知的就是“薛定谔的猫”,正是因为量子可以呈现即是 0 又是 1 的纠缠状态,让量子的计算能力远超传统计算机,一个量子比特可以完成两个比特才能完成的并行运算。十个量子比特记录的不再是一个 10 位二进制数,而是 2 的 10 次方个二进制数,计算能力以指数级别增长。

早在 1970 年代就有人提出用量子比特来进行计算了,但直至今日,量子计算机仍然只能停留在实验室的计算,主要是因为量子比特的不稳定性。

量子比特强大但又脆弱,通常在外界不稳定的环境中, 100 微秒内(对于最先进的超导量子比特)量子比特就会失去其特殊的量子特性,部分原因在于互连机械的振动、温度波动和电磁波的环境噪声。防止这种干扰是量子计算机及其组件需要考虑的问题。

现代的量子计算机主要部件都是用于对量子比特的保护,包括:容纳处理计算的量子比特的加固室;液氦罐和其他低温设备,使量子比特的温度保持在绝对零度左右;以及电子装置,用以控制量子比特的动作并“读取”它们的输出,还有连接这一切元素的电缆。

即便本届 CES IBM 发布了第一款商用集成量子计算机,但现场也只是模型,真实的独立量子计算机设备还放在实验室中。

但被 IBM CEO Ginni Rometty 在现场称为“突破性创新”的是 IBM Q System One 的玻璃外壳。

IBM 组建了一只专门的工业设计师、架构师和制造团队,与 IBM Research 科学家和系统工程师一起设计 IBM Q 系统,具体包括英国工业和室内设计工作室 Map Project Office 和Universal Design Studio,以及 Goppion(为英国皇家珠宝设计过玻璃展示柜)。

这些团队将数千个组件整合到一个专为商业用途而构建的玻璃气密环境中,体积缩小成比人稍高一些的立方体,这是将量子计算机商用化的一个基础。

看似简单的透明玻璃外壳实际是由厚度为 1.27 厘米的硼硅酸盐玻璃组成。整体由一系列独立的铝和钢统一框架构建,还有低温恒温器控制温度。电子稳定器控制电子设备和外壳,有助于避免潜在的振动干扰。

量子比特位于一个悬挂在立方体顶部的高度抛光钢制圆管之中。整个设备一共有四个外壳来保护量子比特免受外界干扰,该抛光的钢制圆管是其中的首个保护壳。

整体被设计为立方体也不是因为美观,而是便于维修,立方体前端可通过特殊设计的悬臂式铰链打开,以便技术人员钻进立方体内部检修设备。

在计算能力上,IBM Q 量子计算机包含了第四代 20 量子比特的计算单元,并没有去年 3 月 Google 量子 AI 实验室研究科学家 Julian Kelly 对外介绍的 72 位量子比特通用计算机运算能力高。但 IBM 强调这套设备的稳定性。

在缩减体积的同时 IBM Q 尽可能延长量子比特的稳定状态。IBM 表示,新系统中的量子比特能够维持的时间为 75 微秒,这是通用量子计算机里的最佳时间表现。

发布会后,Ginni Rometty 谈到了 IBM Q 量子计算机的商业计划。目前,IBM 的计划还只是通过互联网出售量子计算机的运算力,IBM 的客户可以通过付费在公司的设备上远程运行量子计算机,来处理他们的内部计算。

当被问及公司是否会出售独立量子计算机时,Rometty 表示:“当然,你可以这样期待”,但是他又补充说,IBM 目前还没有考虑到这样的计划。

目前 Google、微软、英特尔、IBM、阿里巴巴等科技公司都参与到量子计算机的研究中。2013 年到 2015 年的财政预算显示,欧盟在该领域的投入达 48 亿元,美国投入 31.5 亿元用于量子计算机的研发,中国也投入 19 亿元在量子计算领域。

题图来源:IBM

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