IBM豪賭以量子為中心的超級計算機

2025-01-18 | 來源: 商業新知 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

現在並沒有明顯的證據表明這種計算范式是如何超越經典計算的。但1994年，麻省理工學院的數學家彼得•肖爾（Peter Shor）發現了一種算法，利用量子計算范式，它將大數分解為質因數的速度指數級快於最好的經典算法。兩年後，洛夫•格羅弗（Lov Grover）發現了一種能夠比經典算法更快地在數據庫中找到特定條目的量子算法。

也許最重要的是，由於量子計算機遵循的是量子力學定律，它們才是模擬我們世界中基本量子現象（如用於藥物開發或材料設計的分子間相互作用）的理想工具。

在打造以量子為中心的超級計算機之前，我們必須確保它能夠做一些有用的事。要構建一個足夠強大的量子處理單元，需要打造能夠重現反直覺量子行為的硬件。

在IBM，量子計算的基本構建塊——量子比特——由超導元件構成。每個物理量子比特由兩塊超導板組成，與名為約瑟夫森結的元件相連。超導板充當電容器，約瑟夫森結充當一種特殊的無損、非線性電感器。

流經約瑟夫森結的電流被量子化，即固定為離散值。約瑟夫森結可確保其中只有兩個值（或它們的疊加）是實際可訪問的。量子比特被編碼為兩個電流電平，一個代表0，另一個代表1。但如前所述，量子比特也可以存在於0和1狀態的疊加。

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由於超導體需要低溫來維持超導性，量子比特及其部分控制電路會被放置在一個叫作“稀釋制冷機”的特殊液氦制冷機中。

我們會通過量子指令（通常稱為“門”）來改變量子比特的狀態和耦合量子比特。這些指令是一系列特殊設計的微波波形。一個量子處理單元包括所有負責接收一組量子指令（稱為量子電路）並返回一個由二進制字符串表示的單一輸出的硬件。量子處理單元涵蓋了量子比特和信號放大元件、控制電子器件以及執行各種任務（諸如在內存中保存指令、積累和分離信號與噪聲，以及生成單一的二進制輸出等）所需的經典計算。我們可將量子比特、讀數共振器、輸出濾波器和量子總線等元件蝕刻到硅芯片上的超導層中。

不過，要將量子比特控制在超敏感的量子水平確實是一項挑戰。外部噪聲、電子器件產生的噪聲和不同量子比特之間控制信號的串擾都會破壞量子比特脆弱的量子特性。要實現我們設想的有用的、以量子為中心的超級計算機，控制這些噪聲源至關重要。

到目前為止，還沒有人明確展示過量子優勢，即量子計算機在執行現實世界相關任務上超越了最好的經典計算機。展示真正的量子優勢將標志著一個新的計算時代的到來，以前棘手的任務將迎刃而解。

在我們實現這一宏偉藍圖之前，我們需要先降低目標，關注量子實用性。量子實用性是指量子硬件超越量子電路暴力經典計算的能力，也就是指量子硬件在進行量子計算時優於傳統計算機的能力。