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IBM將展出全球首臺(tái)量子計(jì)算一體機(jī):封在玻璃盒里如珠寶

Nick 來(lái)源:騰訊2019-01-09 我要評(píng)論(0 )   

今年的CES展上,IBM將把整個(gè)量子計(jì)算系統(tǒng)集成到一個(gè)棱長(zhǎng)為9英尺(約2.74米)的立方體玻璃盒中,作為一個(gè)能獨(dú)立工作的綜合設(shè)備展出,稱為IBM Q System One。

去年國(guó)際消費(fèi)電子展(CES)上,美國(guó)IBM公司展示了其研制的50比特量子計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu):數(shù)層金色圓盤從上而下疊成倒圓錐結(jié)構(gòu),夾雜繁復(fù)的銀色管道,猶如一只蒸汽朋克風(fēng)的吊燈。


其實(shí),這只龐大的“吊燈”只是所謂量子計(jì)算機(jī)的核心硬件,要是加上配套的供能、冷卻和控制設(shè)備,能在IBM位于紐約約克敦海茨的實(shí)驗(yàn)室擺滿一個(gè)房間。

今年的CES展上,IBM將把整個(gè)量子計(jì)算系統(tǒng)集成到一個(gè)棱長(zhǎng)為9英尺(約2.74米)的立方體玻璃盒中,作為一個(gè)能獨(dú)立工作的綜合設(shè)備展出,稱為IBM Q System One。


這將是全球首臺(tái)量子計(jì)算一體機(jī)。

全球首臺(tái)量子計(jì)算一體機(jī)


根據(jù)IBM官網(wǎng)上透露的照片,這個(gè)集成的量子計(jì)算系統(tǒng)頗具設(shè)計(jì)感。硼酸玻璃板的厚度為半英寸(約1.3厘米),前后兩扇門可自動(dòng)開啟,方便工程人員在停機(jī)時(shí)間快速檢修藏在后面板背后的制冷和控制模塊。不過(guò),如果前后門同時(shí)開啟,整個(gè)玻璃方盒就成了不穩(wěn)定的平行四邊形,因此需要一些獨(dú)立的鋼鋁框架進(jìn)行固定。整個(gè)結(jié)構(gòu)力求使振動(dòng)最小化,減少可能存在的干擾。


玻璃外殼由專業(yè)的工業(yè)設(shè)計(jì)公司和建筑內(nèi)飾公司設(shè)計(jì),再由意大利米蘭的制造商Goppion組裝。法國(guó)盧浮宮館藏的名畫《蒙娜麗莎》和英國(guó)倫敦塔保存的王冠珠寶的高端展覽方案也是由Goppion提供的。


事實(shí)上,強(qiáng)大而又脆弱的量子比特確實(shí)需要得到名畫和珠寶一般的關(guān)心看護(hù)。

集成量子計(jì)算系統(tǒng)的立方體玻璃盒


量子計(jì)算機(jī)依據(jù)一套完全不同于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子力學(xué)法則運(yùn)行。經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的比特為0或1,基于此進(jìn)行二進(jìn)制運(yùn)算。在神奇的“疊加態(tài)”加持下,量子比特卻可以同時(shí)是0和1,正如薛定諤那只著名的又生又死的貓。在理想狀態(tài)下,50個(gè)量子比特一次可以進(jìn)行2的50次方次運(yùn)算,這已經(jīng)是個(gè)天文數(shù)字。


理想很豐滿,現(xiàn)實(shí)很脆弱。這些量子比特需要被保持在絕對(duì)零度左右,才能用于量子計(jì)算。但即使如此,來(lái)自溫度、電磁場(chǎng)和物理振動(dòng)的一點(diǎn)點(diǎn)干擾,就可能在一萬(wàn)分之一秒內(nèi)破壞掉量子比特的神奇狀態(tài)。

設(shè)計(jì)圖


因此,IBM的研究人員希望把整個(gè)系統(tǒng)集成到精妙的玻璃方盒里之后,因環(huán)境擾動(dòng)帶來(lái)的計(jì)算錯(cuò)誤能夠減少。在米蘭組裝后,玻璃方盒進(jìn)行了為期2周的測(cè)試。


測(cè)試系統(tǒng)包括:穩(wěn)定而具備自我校準(zhǔn)能力的量子硬件設(shè)計(jì),提供可重復(fù)、可預(yù)測(cè)的高質(zhì)量量子比特;


能持續(xù)工作的制冷工程,隔絕出寒冷的工作環(huán)境;


緊湊而精準(zhǔn)的電子器件模塊能緊密地控制多數(shù)量子比特;


量子固件能管理系統(tǒng)的健康狀態(tài),無(wú)需停機(jī)即可升級(jí)系統(tǒng);


提供保密云接入和混合算法運(yùn)行的經(jīng)典計(jì)算能力。

IBM Q System One在米蘭的組裝現(xiàn)場(chǎng)


值得一提的是,這個(gè)量子計(jì)算一體機(jī)的比特?cái)?shù)是20個(gè),在2019年看來(lái)并不多么了不起。50比特才是行業(yè)內(nèi)敏感的一道門檻:加州理工學(xué)院教授普雷斯基爾(John Preskill)在2012年提出了“量子霸權(quán)”(Quantum Supremacy)的概念,預(yù)言50比特的量子計(jì)算機(jī)能在特定問(wèn)題上超越世界上性能最好的經(jīng)典計(jì)算機(jī)。


2017年底,IBM宣稱研制出了一臺(tái)50比特的量子計(jì)算機(jī)原型機(jī),2018年初,谷歌發(fā)布了研制全球首個(gè)高質(zhì)量72比特量子計(jì)算機(jī)的計(jì)劃。在群雄逐鹿的白熱化階段,IBM卻開始試圖解構(gòu)“量子霸權(quán)”的概念。

IBM在去年CES上展出的“量子計(jì)算機(jī)”核心部件像個(gè)吊燈


IBM Q戰(zhàn)略副總裁Bob Sutor曾對(duì)澎湃新聞強(qiáng)調(diào),重要的不是量子比特的數(shù)量,而是量子比特的質(zhì)量。最新的數(shù)學(xué)研究證明,即使在特定問(wèn)題上,50比特量子計(jì)算機(jī)也無(wú)法全面超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)。


2017年上線的IBM Q量子計(jì)算服務(wù)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)吸引了500多家用戶,涵蓋包括??松梨谠趦?nèi)的跨國(guó)巨頭和歐洲核子中心在內(nèi)的科研圣地,通過(guò)云端讓前沿工程師和科研人員體驗(yàn)到量子計(jì)算在金融服務(wù)、制藥和人工智能領(lǐng)域的潛力。


2019年下半年,擴(kuò)大版的IBM Q量子計(jì)算中心會(huì)在紐約州的波基普西市開張


而IBM Q System One,正如它的外觀設(shè)計(jì),更像一個(gè)藝術(shù)品。IBM暫無(wú)商業(yè)化的打算。在量子計(jì)算在基礎(chǔ)研究上未獲突破,實(shí)用性仍是空中樓閣的情況下,這個(gè)精巧的玻璃盒子展望了在辦公室隨便擺一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)景,就像在ENIAC機(jī)的年代想象一臺(tái)iMac筆記本電腦。

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量子計(jì)算機(jī)IBM
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