量子電腦走出實驗室 IBM 發布首款商用量子電腦
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量子電腦走出實驗室 IBM 發布首款商用量子電腦

2019 年 1 月 14 日

 
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CES 2019 第二天,IBM(IBM-US) 的 CEO 維吉妮亞.吉妮.羅梅緹(Ginni Rometty)發布了一系列最新研究成果,包括第一款商用量子電腦,全新的天氣預測模型以及人工智慧辯論系統。

在拉斯維加斯會場上首次公開展示的量子計算系統被稱為 IBM Q System One,實際在現場是一個 2.75 公尺 X 2.75 公尺的密封立方體,裡面是一個垂直放置、拆掉保護外殼的量子計算核心模型。量子電腦採用量子力學原理處理計算,和傳統電腦中位元的概念不同。傳統電腦中,數據儲存是以“位元”(又被稱為字節)為單位。每個位元在特定時刻只有 0 或 1 的一個狀態。而在量子計算中,資訊被量子位元(qubit)的形式儲存,量子位元是 0 和 1 的疊加狀態,既可以是 0 也可以是 1 。

疊加狀態最為人熟知的就是 “薛丁格的貓”,正是因為量子可以呈現即是 0 又是 1 的糾纏狀態,讓量子的計算能力遠超傳統電腦,一個量子位元可以完成兩個位元才能完成的並行運算。10 個量子位元記錄的不再是一個 10 位二進制數,而是 2 的 10 次方個二進制數,計算能力以指數級別成長。

早在 1970 年代就有人提出用量子位元 來進行計算了,但直至今日,量子電腦仍然只能停留在實驗室的計算,主要是因為量子位元的不穩定性。

量子位元強大但又脆弱,通常在外界不穩定的環境中,100 微秒內(對於最先進的超導量子位元)量子位元就會失去其特殊的量子特性,部分原因在於互連機械的振動、溫度波動和電磁波的環境噪聲。防止這種干擾是量子電腦及其組件需要考慮的問題。

現代的量子電腦主要零件都是用於對量子位元的保護,包括:容納處理計算的量子位元的加固室;液氦罐和其他低溫設備,使量子位元的溫度保持在絕對零度左右;以及電子裝置,用以控制量子位元的動作並 “讀取” 它們的輸出,還有連接這一切元素的電纜。

即便本屆 CES IBM 發布了第一款商用集成量子電腦,但現場也只是模型,真實的獨立量子電腦設備還放在實驗室中。但被 Ginni Rometty 在現場稱為 “突破性創新” 的是 IBM Q System One 的玻璃外殼。IBM 組建了一隻專門的工業設計師、架構師和製造團隊,與IBM Research 科學家和系統工程師一起設計 IBM Q 系統,具體包括英國工業和室內設計工作室 Map Project Office 和 Universal Design Studio,以及 Goppion(為英國皇家珠寶設計過玻璃展示櫃)。

這些團隊將數千個組件整合到一個專為商業用途而構建的玻璃氣密環境中,體積縮小成比人稍高一些的立方體,這是將量子電腦商用化的一個基礎。

看似簡單的透明玻璃外殼實際是由厚度為 1.27 厘米的硼矽酸鹽玻璃組成。整體由一系列獨立的鋁和鋼統一框架構建,還有低溫恆溫器控制溫度。電子穩定器控制電子設備和外殼,有助於避免潛在的振動干擾。

量子位元位於一個懸掛在立方體頂部的高度拋光鋼製圓管之中。整個設備一共有四個外殼來保護量子位元免受外界干擾,該拋光的鋼製圓管是其中的首個保護殼。整體被設計為立方體也不是因為美觀,而是便於維修,立方體前端可通過特殊設計的懸臂式鉸鏈打開,以便技術人員鑽進立方體內部檢修設備。

在計算能力上,IBM Q 量子電腦包含了第四代 20 量子位元的計算單元,並沒有去年 3 月 Google(GOOGL-US) 量子 AI 實驗室研究科學家 Julian Kelly 對外介紹的 72 位量子位元通用電腦運算能力高。但 IBM 強調這套設備的穩定性。在縮減體積的同時 IBM Q 盡可能延長量子位元的穩定狀態。 IBM 表示,新系統中的量子位元能夠維持的時間為 75 微秒,這是通用量子電腦裡的最佳時間表現。

發布會後,Ginni Rometty 談到了 IBM Q 量子電腦的商業計劃。目前,IBM 的計劃還只是通過互聯網出售量子電腦的運算力,IBM 的客戶可以通過付費在公司的設備上遠程運作量子電腦,來處理他們的內部計算。

當被問及公司是否會出售獨立量子電腦時,Rometty表示:“當然,你可以這樣期待”,但是他又補充說,IBM 目前還沒有考慮到這樣的計劃。

目前 Google,微軟(Microsoft, MSFT-US),英特爾(Intel, INTC-US),IBM,阿里巴巴(Alibaba, BABA-US)等科技公司都參與到量子電腦的研究中 2013 年到 2015 年的財政預算顯示,歐盟在該領域的投入達 48 億人民幣,美國投入 31.5 億人民幣用於量子電腦的研發,中國也投入 19 億人民幣在量子計算領域。

好奇心日報》授權轉載

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