澎湃新闻记者 王蕙蓉
最近，IBM公司发布了最新的路线图，计划在2025年推出一个以量子为中心的超级计算时代，拥有1386个量子比特。
多芯片计算机Kookabura有1386个量子比特，三个芯片可以形成4158个量子比特系统，图片来自IBM
以量子为中心的超级计算机
两年前，IBM发布了第一张路线图“草图”：量子计算技术发展的三年计划也可以称为发展路线图。
IBM更新了上述线路图，计划将QPU(量子处理单元)更新、CPU在计算结构中编织(中央处理器)和GPU(图像处理单元)，以解决超出传统资源范围的问题。
最新路线图的目标是构建以量子为中心的超级计算机。它将与量子计算机、经典计算机、量子通信网络和经典网络相结合，使其协同工作，彻底改变计算方法。因此，IBM需要解决扩大量子计算机规模、开发运行环境、提高量子计算速度和质量的挑战，并引入无服务器(serverless)编程模型使量子计算机和经典计算机能够顺利合作。
为了实现这一目标，IBM于2016年将公司开发的第一个量子计算机服务放到云中，2017年推出了第一个编程量子计算机开源软件开发工具包，2019年推出了第一个集成量子计算机系统IBM Quantum System One，量子计算机“鹰”2021年发布了127个量子比特，并推出Qiskit Runtime运行环境，使经典系统与量子系统协同运行。
更新的路线图将持续到2025年，IBM表示将消除扩展量子硬件的主要障碍，并开发将量子集成到计算过程中的技术和工具。
除量子计算机外，IBM还试图将整个计算领域引入范式转换。
多年来，以CPU为中心的超级计算机一直是主要的计算处理器。在过去的几年里，以人工智能为中心的超级计算机出现了。CPU和GPU可以在庞大的系统中合作，解决人工智能的繁重工作负荷。
现在正在迎来以量子为中心的超级计算机时代，IBM计划将QPUU、CPU和GPU编织在计算结构中。IBM表示，以量子为中心的超级计算机将用于解决更复杂的问题，进行更具开创性的研究和开发更先进的技术。
“133个量子比特”Heron“来自IBM的计算机图片
为无服务器量子计算做准备
IBM表示，为了实现最新的线路图，还需要开发软件和基础设施，并根据不同的用户需求和体验开发不同的工具。
IBM将交付并改进内核开发人员的Qiskitt Runtime：通过添加动态线，允许量子测量的反馈和前馈来改变或指导操作过程，以扩展硬件功能，降低线深，允许使用不同的线构建模型，并允许奇偶校准量子纠错核心的基本操作。
2023年，Qiskitt计划制定IBM计划 Runtime能够运行并行量子计算机，包括自动分配并行任务，并将在未来两年引入错误消除和抑制技术，为未来量子纠错奠定基础。
IBM将逐步完善算法开发人员的Qiskitt Runtime服务的原语(primitives)。量子计算机的独特能力在于输出产生非经典的概率分布，人们可以从中采样或估计概率分布的数量。作为一组核心功能，原语可以轻松有效地作用于这些分布。
算法开发人员通常需要将问题分解成一系列较小的量子和经典程序，并使用编排层将数据流拼接到整个工作过程中。IBM称这种负责拼接的基础设施为Quantum Serverless，其核心是支持量子与经典资源的灵活组合，为开发人员分配所需的计算资源。到2023年，IBM计划Quantum Serverless集成到核心软件堆栈中，实现线路编织等核心功能。线路编织技术是将大线路分成小部分，在量子计算机上运行，然后用经典计算机重新组合结果。
IBM团队在2022年初演示了一种叫做纠缠锻造的方法(entanglement forging)相同数量的量子比特可以将量子系统的规模翻倍。此外，IBM还提出，与经典通信并行的量子计算机将更快地带来量子优势。
到2023年，IBM将开始为特定用例构建量子应用软件原型，并进行第一个机器学习测试用例。到2025年，模型开发人员将能够探索机器学习、优化、自然科学等领域的量子应用。
IBM发布的最新路线图来自IBM
解决量子计算机规模扩展问题
量子计算的核心是能够使量子程序运行的硬件，这可能需要数十万甚至数百万个高质量的量子比特，因此必须扩大量子计算机的规模。IBM表示，将于2022年和2023年推出433个量子比特的“鱼鹰”(Osprey)“秃鹰”，计算机和1121个量子比特(Condor)计算机测试单芯片计算机的极限，并将其集成到IBM Quantum System Two中的大规模量子系统。目前，IBM正试图将量子计算机连接在一起，形成模块化系统，使规模扩展不受物理条件的限制。
为了进一步解决规模扩张问题，IBM将采取三种循序渐进的方式：一是在2023年引入“Heron“一台具有133个量子比特的计算机允许不同计算机之间的实时经典通信，以实现上述编织技术；然后使用多芯片计算机来扩大量子计算机的规模，并推出408个量子比特计算机”Crossbill”，包括三个通过耦合器连接的芯片，以实现模块化扩展；2024年推出内置量子通信链路和462个量子比特计算机Flamingo将三个Flamingo组成1386个量子比特系统，通过计算机之间的量子通信实现并行。IBM预计，这种链路将导致跨处理器量子门速度慢、保真度低，因此需要软件配合，以便更好地利用系统。
IBM表示，最终将结合上述方法，于2025年推出1386个量子比特和带量子通信链路的多芯片量子计算机。Kookaburra并利用三块Kookaburra芯片组成4158个量子比特系统作为演示，为用户提供大规模的系统服务。
编辑：李跃群 ,
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