如约而至，昨日（12月4日），在纽约举行的年度IBM 量子峰会上，IBM 推出具有 1121 Q 的 IBM Condor量子处理器，这是IBM 2022年5月发布的量子发展路线图目标，即到2023年实现1000+Q。
不仅如此，IBM 量子峰会上，还同时发布了另一款量子处理器IBM Quantum Heron，该处理器IBM称之为IBM 全球性能最高的量子处理器，下文将详细进行解读。
与此同时，IBM还发布了基于Heron芯片的IBM最新量子系统 IBM Quantum System Two，并对其路新图进行了重大更新。
图｜IBM 量子副总裁 Jay Gambetta 在 IBM 2023 年量子峰会上展示了“Heron”芯片。（来源：IBM）
01.
“最高”量子处理器
作为量子计算机的“大脑”，IBM此次发布的两款量子处理器可谓够“份量”。
IBM Condor是迄今为止发布的最大的基于超导的量子处理器，具有 1,121 个量子比特。
IBM表示，Condor 为扩展到完全纠错、互连、超过 100 万量子比特的量子计算机奠定了基矗
当下，IBM 量子科学家正在一台大型稀释制冷机内建造一台名为 Condor 的量子计算机，配备 1,121 个量子比特处理器。该稀释制冷机具有 10 英尺高、6 英尺宽，内部代号为“Goldeneye”，是目前为止世界上最大的商用稀释制冷机。
而IBM Quantum Heron，IBM将之称为IBM 全球性能最高的量子处理器，是IBM此次重磅发布的得意之作。Heron是 IBM 历经四年为提高门性能所做出的努力的产物。
Heron 具有 133 个量子比特和可调谐耦合器，与IBM之前的旗舰 127 量子比特 Eagle 处理器相比，设备性能提高了 3-5 倍，并且几乎消除了串扰。
图｜在 2023 年 IBM 量子峰会上，“IBM Quantum Heron”作为 IBM 迄今为止性能最高的量子处理器发布，其全新构建的架构将错误减少率提高了五倍。（图片来源：IBM 的 Ryan Lavine）
Heron的模块化架构基于可调谐耦合器，与之前的量子处理器架构不同。新架构将量子处理器连接到公共控制基础设施，以便数据可以在多芯片环境中的 QPU 和其他芯片之间经典、实时地流动。它还使用了一种新的多量子比特门方案，速度更快，保真度更高。
Heron 是第一个使用新架构的 IBM 芯片，该架构允许使用经典耦合器链接多个处理器，以实现经典并行化。多芯片 Heron 配置是可扩展的，并且可以根据需求和应用要求进行扩展。
量子硬件的模块化设计、经典耦合和并行化都是设计未来量子处理器的基本要素，Heron 中集成的经典逻辑还减少了系统延迟。
图｜IBM 的 133 量子比特 Heron 处理器（来源：IBM）
相关性能指标，可详阅IBM发布的研究论文。
论文链接：https://arxiv.org/abs/2311.05933
此次推出的最新量子系统 IBM Quantum System Two，便是基于IBM Quantum Heron量子处理器的。
IBM 院士兼 IBM Quantum 副总裁 Jay Gambetta 表示：“这是一个漂亮的设备，它比以前的好五倍，错误少得多，而且串扰无法真正测量。”
02.
最新量子系统
在 IBM 量子峰会上，IBM发布了最新的量子系统 IBM Quantum System Two，该系统基于三个Heron 处理器构建。
IBM表示， IBM Quantum System Two 是该公司的第一台模块化量子计算机，也是 IBM 以量子为中心的超级计算架构的基石。根据IBM最新路线图显示，更先进的处理器将使用基于Heron更先进的纠错方案。
IBM表示，虽然IBM Quantum System Two是一个重大飞跃，但真正令人兴奋的是该技术可以扩展，同时大幅降低错误率。他们认为纠错比他们想象的更接近。
IBM 表示，我们目前正处于量子计算的第2、第3时期。这个时期的研究重点是表征量子硬件、错误缓解和抑制以及概念验证应用。
图｜量子计算的三个时期（来源：IBM）
IBM 发表了约 2595 篇分享其想法和进展的研究论文，现在将在 2024 年底前在美国、加拿大、日本和德国设立 8 个量子计算中心，为全球科学家和合作伙伴提供对 IBM Quantum System Two的访问。
当下，首台 IBM Quantum System Two位于纽约州约克敦高地，已开始运行。
图｜IBM Quantum System Two（来源：IBM）
03.
硬件路线图，纠错在 2029 年成为可能
在IBM 2023量子峰会上，IBM 制定了两个路线图：硬件和软件的开发路线图和创新路线图。
这两张新路线图并没有像去年的路线图那样对未来几年进行小幅展望，而是揭示了 IBM 未来十年的量子计算计划。
路线图详细介绍了提供量子优势所需的软件和支持硬件技术。
图｜ 2023 年 IBM 量子峰会上IBM 将 IBM 量子发展路线图延长至 2033 年，并制定了到 2029 年的 IBM 量子创新路线图。
（来源：
IBM）
从路线图后期显示的加速量子比特计数、门计数和纠错可以明显看出，IBM 相信在某个时候量子比特将不再限制量子计算机的规模。
IBM 路线图中的硬件和软件开发旨在使纠错量子计算在 2029 年成为可能。IBM 已经规划出一条顺序和逻辑路径，用于创建模块化的纠错架构。IBM 目前正在努力进一步开发低密度奇偶校验，这是一种很有前途的软件纠错码。
在路线图上，使用多芯片链接在量子处理器之间建立通信，四年内的错误缓解 Flamingo 处理器将从 2025 年的 5,000 个门增长到 2028 年的 15,000 个门。模拟并验证了为二维最近邻量子比特阵列量身定制的独特纠错协议。
到 2026 年，Kookaburra 处理器中的逻辑内存和操作证明大规模噪声抑制是可能的。
从 2028 年开始，这种噪声抑制与 Starling 处理器开始稳定增加的电路深度和量子比特计数相结合，可产生超出经典验证所能达到的纠错准确输出。
到2033年以后，以量子为中心的超级计算机将包含 1000 个逻辑量子比特，从而释放量子计算的全部能力，即真正实现大规模商用量子计算机。
在此过程中，IBM 为其正在研究的每个主要组件提供了年度目标。新的纠错码和系统模块化以及互连的构建块将使数百万个量子比特能够提供相同的整体性能，纠错码呈现为数十万个量子比特，并与 IBM 正在创新的新耦合器互连。
图｜IBM 正在开发三种类型的耦合器，用于将量子比特互连到大型系统中（来源：IBM）
根据路线图，Kookaburra 是 2026 年的下一个主要芯片，构成了可扩展性和错误减少功能的初始构建块，并将在 2033 年演变成 “Blue Jay”，之后将实现大规模商用量子计算机。
下图详细介绍了实现 Blue Jay 的关键步骤：
图｜通往 Blue Jay之路（来源：
IBM）
04.
软件路线图概述
扩展和增强 IBM 的硬件还需要广泛的软件和架构增强。
2024年，IBM将发布Qiskit 1.0
。
这是一个重大的发展，因为它意味着运行时将管理量子比特控制和经典接口。
这对于跨模块化单元有效执行复杂的量子电路至关重要。
架构上的改变将使连接多个量子处理器变得可行，这可能是使用 1,000 多个逻辑量子比特来解决前所未有的问题规模所必
需的。
Qiskit 1.0将为开发者构建量子电路和应用提供稳定可靠的平台。这是让量子计算对更广泛的用户来说更容易获得和实用的重要一步。
该路线图还支持以量子为中心的超级计算机的概念，这是经典计算机和量子计算机的融合，其中每种技术都能处理其最擅长的事情。软件和系统创新将平衡经典资源的使用，同时最大化量子并行性。这意味着量子计算可以更高效、更有效地用于广泛的应用。
图｜IBM Qiskit 的广泛适用性（来源：
IBM）
05.
2033年后，实现商用
IBM 制定了一个长达十年的积极路线图，旨在解决纠错这一终极量子挑战。新的路线图反映了IBM创建新系列量子处理器、软件和服务的计划，这将导致下一代超级计算机以量子为中心的超级计算机的实现。
IBM 的所有路线图开发和计划最终都会在 2033 年以 2,000 个量子比特和 10 亿个量子门的形式收敛。
对于其量子计算计划的里程碑目标，IBM 从未失信。这项长达十年的计划，可能会使真正的大规模纠错量子计算机到来，且拭目以待。
引用：
[1]https://newsroom.ibm.com/2023-12-04-IBM-Debuts-Next-Generation-Quantum-Processor-IBM-Quantum-System-Two,-Extends-Roadmap-to-Advance-Era-of-Quantum-Utility
[2]https://newsroom.ibm.com/IBM-research?item=32425
[3]https://arxiv.org/abs/2311.05933
[4]https://www.forbes.com/sites/karlfreund/2023/12/04/ibm-launches-quantum-system-two-and-a-roadmap-to-quantum-advantage/?sh=6a3e6366464c
[5]https://www.electronicspecifier.com/products/quantum/ibm-unveils-a-number-of-new-quantum-computing-developments
[6]https://arstechnica.com/science/2023/12/ibm-adds-error-correction-to-updated-quantum-computing-roadmap/
[7]https://www.eenewseurope.com/en/ibm-launches-133-qbit-quantum-chip-looks-to-1bn-gates/
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