近日 IBM公司公布瞭最新路綫圖 IBM最新路綫圖：計劃製造以量子為中心的超級計算機 - 趣味新聞網

近日，IBM公司公布瞭最新路綫圖，計劃在2025年推齣具有1386個量子比特的多芯片量子計算機，以麵嚮未來以量子為中心的超級計算時代。

1386個量子比特的多芯片計算機Kookaburra，三張芯片可組成4158個量子比特係統，圖片來自IBM

以量子為中心的超級計算機

兩年前，IBM發布瞭首個路綫圖“草圖”：一項發展量子計算技術的三年計劃，也可稱為發展路綫圖。

此次，IBM更新瞭前述綫路圖，計劃將QPU（量子處理單元）、CPU（中央處理器）和GPU（圖像處理單元）編織到一個計算結構中，以解決超齣傳統資源範圍的問題。

最新路綫圖的目標是建造以量子為中心的超級計算機。它將結閤量子計算機、經典計算機、量子通信網絡和經典網絡，使其協同工作，以徹底改變計算方式。因此，IBM需要解決拓展量子計算機規模的挑戰，開發一個運行環境，提高量子計算的速度與質量，並引入一個無服務器(serverless)編程模型，使量子計算機和經典計算機可以流暢地協同工作。

為瞭達成這一目標，IBM在2016年將公司研發的第一台量子計算機服務放到雲端，2017年推齣首個編程量子計算機的開源軟件開發工具包Qiskit，2019年推齣首個集成量子計算機係統IBM Quantum System One，2021年發布127個量子比特的量子計算機“鷹”，並推齣Qiskit Runtime運行環境，使經典係統和量子係統協同運行。

此次更新的路綫圖將延續到2025年，IBM錶示屆時將消除拓展量子硬件的主要障礙，同時開發齣將量子集成到計算工作流程中的技術與工具。

除瞭量子計算機，IBM正嘗試將整個計算領域引入一種範式轉變。

多年來，以CPU為中心的超級計算機一直是主要的計算處理器，而在過去幾年裏，以人工智能為中心的超級計算機齣現，CPU和GPU可以在龐大係統中協同工作，解決人工智能繁重的工作負載。

如今正迎來以量子為中心的超級計算機時代，IBM計劃將QPU、CPU和GPU編織到一個計算結構中。IBM錶示，以量子為中心的超級計算機將用於解決更復雜的問題、進行更具開創性的研究和開發更尖端的技術。

133個量子比特的“Heron”計算機，圖片來自IBM

為無服務器量子計算做好準備

為瞭實現最新綫路圖，IBM錶示還需要開發軟件和基礎設施，並針對不同用戶需求和體驗，開發不同的工具。

對於內核開發人員，IBM將交付並完善Qiskit Runtime：通過添加動態綫路，允許量子測量的反饋和前饋來改變或引導操作過程，以擴展硬件功能，減少綫路深度，允許使用不同綫路構建模型，並允許對量子糾錯核心的基本操作進行奇偶校驗。

IBM計劃在2023年使Qiskit Runtime能夠運作並行的量子計算機，包括自動分配可並行化的任務，之後兩年將在其中引入錯誤消除和抑製技術，為未來量子糾錯奠定基礎。

對於算法開發人員，IBM將逐步完善Qiskit Runtime服務的原語(primitives)。量子計算機的獨特能力在於輸齣産生非經典概率分布，人們可以對概率分布進行從中采樣或估計數量。原語作為一組核心功能，可以輕鬆高效地作用在這些分布上。

算法開發人員通常需要將問題分解成一係列較小的量子與經典程序，並使用一個編排層將數據流拼接到整體工作流程中。IBM將這種負責拼接的基礎設施稱為Quantum Serverless，其核心是支持量子與經典資源靈活組閤，為開發人員分配所需要的計算資源。到2023年，IBM計劃將Quantum Serverless集成到核心軟件堆棧中，以實現綫路編織等核心功能。綫路編織技術是將較大綫路分成小部分，在量子計算機上運行，然後利用經典計算機將結果重新組閤在一起。

2022年初，IBM團隊演示瞭一種稱為糾纏鍛造(entanglement forging)的綫路編織方法，可以用相同數量的量子比特，將量子係統規模擴大一倍。此外，IBM還提齣與經典通信並行的量子計算機將更快帶來量子優勢。

到2023年，IBM將開始為特定用例構建量子應用軟件原型，並進行首個機器學習測試用例。到2025年，模型開發人員將能夠探索機器學習、優化、自然科學等領域的量子應用。

IBM發布的最新路綫圖，圖片來自IBM

解決量子計算機規模擴展問題

量子計算的核心是能使量子程序運行的硬件，這可能需要數十萬甚至數百萬個高質量的量子比特，因此必須擴大量子計算機規模。對此，IBM錶示將分彆於2022年和2023年推齣433個量子比特的“魚鷹”(Osprey)計算機和1121個量子比特的“禿鷹”(Condor)計算機，測試單芯片計算機的極限，並將其集成到IBM Quantum System Two中的大規模量子係統。目前，IBM正在嘗試將量子計算機連接到一起，以形成模塊化係統，從而使規模的擴展不受物理條件限製。

為進一步解決規模擴展問題，IBM將采用三種循序漸進的方式：首先，在2023年引入“Heron”，一款具有133個量子比特的計算機，允許不同計算機之間的實時經典通信，從而實現前述編織技術；然後啓用多芯片計算機來擴展量子計算機規模，推齣408個量子比特計算機“Crossbill”，包含三個通過耦閤器連接的芯片，以實現模塊化擴展；之後，於2024年推齣內置量子通信鏈路、462個量子比特計算機“Flamingo”，並將三個Flamingo組成1386個量子比特係統，以通過計算機之間的量子通信實現並行。IBM預計這種鏈路將導緻跨處理器的量子門速度較慢、保真度較低，因此需要軟件配閤，以更好地利用係統。

IBM錶示，最終將把前述方法結閤在一起，於2025年推齣具有1386個量子比特、帶有量子通信鏈路的多芯片量子計算機“Kookaburra”，並利用三塊Kookaburra芯片組成4158個量子比特係統作為演示，為用戶提供大規模係統服務。