2022年年底，IBM刷新了量子計算系統(tǒng)的紀錄，其處理器包含433個量子比特（量子信息處理的基本單位）。現在，該公司已經定下了一個更大的目標：一臺擁有10萬量子比特、計劃在10年內問世的機器。

IBM于近日宣布了這一消息。該公司將與東京大學和芝加哥大學合作，發(fā)起一項1億美元的計劃，推動量子計算進入大規(guī)模運行階段，該技術可能有潛力解決標準超級計算機無法解決的緊迫問題，或者至少現有超算無法單獨解決的問題。一個想法是10萬量子比特的量子計算機將與最好的“經典”超級計算機一起工作，在藥物發(fā)現、化工生產、電池性能和許多其他應用方面實現新的突破。“我稱之為以量子為中心的超級計算機。”IBM的量子業(yè)務副總裁杰伊·甘貝塔（Jay Gambetta）在一次現場采訪中說道。

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量子計算利用基本粒子的獨特特性來儲存和處理信息：電子、原子和小分子可以同時以多種能量狀態(tài)存在，這種現象被稱為疊加，粒子的狀態(tài)可以相互聯系或糾纏。這意味著信息可以以全新的方式進行編碼和操縱，為許多經典計算架構下不可能完成的計算任務打開了大門。

到目前為止，量子計算機還不能超越標準超級計算機。這在很大程度上是因為它們沒有足夠的量子比特，而且因為系統(tǒng)很容易被環(huán)境中的微小擾動破壞——物理學家稱之為噪聲。

研究人員一直在探索如何處理噪聲，但許多人預計，量子系統(tǒng)必須大幅擴展才能真正有用，這樣他們才能將大部分量子比特用于校正噪聲引起的誤差。

IBM并不是第一個有如此雄心的公司。谷歌表示，其目標是在21世紀末實現100萬個量子比特，盡管除開糾錯以外只有1萬個量子比特可用于計算。總部位于美國馬里蘭州的IonQ計劃在2028年前實現1024個“邏輯量子比特”的運算，每個邏輯量子比特將包括13個物理量子比特組成的糾錯電路。與谷歌一樣，總部位于美國帕洛阿爾托的PsiQuantum也計劃建造一臺百萬量子比特的量子計算機，但它沒有透露其時間線或糾錯要求。

由于這些要求，高調宣傳物理量子比特的數量有點轉移注意力的意味——它們是如何構建的技術細節(jié)至關重要，這些細節(jié)會影響它們對噪聲的彈性和操作易用性等因素。相關公司通常會提供額外的性能指標，如“量子量”和“算法量子比特”的數量。在未來十年，糾錯、量子比特性能和軟件主導的錯誤“緩解”方面的進步，以及不同類型量子比特之間的主要區(qū)別，將使這場競賽變得日漸白熱化。

甘貝塔表示，該行業(yè)還需要更多的“量子計算科學家”，對于創(chuàng)造機器的物理學家和希望設計并實現有用算法的開發(fā)人員之間的分歧，這些“量子計算科學家”可以起到彌合的作用。

在量子機器上運行的軟件也將是至關重要的。甘貝塔說：“我們希望盡快建立起這個行業(yè)，最好的方法是讓人們開發(fā)與我們的經典軟件庫類似的軟件。”

他表示，這就是為什么IBM在過去幾年里一直致力于向學術研究人員提供其系統(tǒng)的原因：IBM的量子處理器可以通過云使用定制的接口來工作，而這些接口只需要對量子計算的技術細節(jié)有最低的了解。他說，已經有大約2000篇關于使用該公司量子設備進行實驗的研究論文；“對我來說，這個跡象表明創(chuàng)新正在發(fā)生。”

這并不能保證為這個項目指定的1億美元將足以實現10萬量子比特的目標。“這肯定是有風險的。”甘貝塔說。

新加坡量子軟件開發(fā)商Horizon Quantum的CEO喬·菲茨西蒙斯（Joe Fitzsimons）對此表示贊同。他說：“這不太可能是一個一帆風順的旅程。”

但是，他補充道，這是一個必須承擔的風險：該行業(yè)必須面對失敗的恐懼，并努力克服大規(guī)模量子計算面臨的技術挑戰(zhàn)。菲茨西蒙斯說，IBM的計劃似乎是合理的，盡管有很多潛在的障礙。他說：“在這種規(guī)模下，控制系統(tǒng)將是一個限制因素，需要大幅發(fā)展，以合理有效的方式支持如此大量的量子比特。”

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