IBM公開(kāi)133量子位元的旗艦量子處理器Heron，性能是上一代3到5倍

IBM公布其最新的量子處理器發(fā)展，推出了具有1,121超導(dǎo)量子位元的Condor處理器，以及達(dá)到133固定頻率量子位元的Quantum Heron旗艦處理器，同時(shí)IBM也將發(fā)布第一個(gè)量子運(yùn)算SDK Qiskit正式版本。此外，IBM的可擴(kuò)展量子運(yùn)算系統(tǒng)Quantum System Two，也已經(jīng)在紐約實(shí)驗(yàn)室正式運(yùn)行。

IBM突破1,000量子位元障礙，發(fā)布具有1,121量子位元的Condor處理器，是一個(gè)以交叉共振閘（Cross-Resonance Gate）技術(shù)為基礎(chǔ)，打造的超導(dǎo)量子位元處理器。IBM在這款處理器的芯片設(shè)計(jì)上有所突破，研究人員通過(guò)將量子位元密度提高50%，在相同的空間中容納更多量子位元，同時(shí)在制程與芯片大小方面也都有所創(chuàng)新。

Condor處理器中包含了超過(guò)1.6公里的高密度低溫彈性接線，這些接線被設(shè)置在單一冷卻器中，能夠有效連接和冷卻處理器。研究人員指出，雖然IBM Condor性能與先前的433量子位元Osprey處理器相當(dāng)，但是解決了規(guī)模問(wèn)題，替未來(lái)量子硬件開(kāi)發(fā)鋪路。

除此之外，IBM也發(fā)布了目前最快的量子處理器，具有133固定頻率量子位元以及可調(diào)式耦合器的Quantum Heron處理器，與之前的127量子位元的Eagle處理器相比，性能提高到3到5倍，并且?guī)缀跸當(dāng)_（Cross-Talk），使得運(yùn)算更加精準(zhǔn)可靠，也能夠讓復(fù)雜的量子電路不失控，是高性能量子運(yùn)算中重要的技術(shù)進(jìn)展。

超導(dǎo)量子位元是目前最普遍的量子運(yùn)算技術(shù)之一，通過(guò)利用超導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)量子位元的操控和量子態(tài)維持，而在Quantum Heron處理器的設(shè)計(jì)中，采用固定頻率量子位元技術(shù)，該技術(shù)具有穩(wěn)定且容易集成到復(fù)雜量子電路中的特性，可調(diào)式耦合器允許不同量子位元之間進(jìn)行精準(zhǔn)互動(dòng)。雖然比較量子位元數(shù)，1,121超導(dǎo)量子位元的Condor處理器，明顯高過(guò)于133固定頻率量子位元的Quantum Heron處理器，這也說(shuō)明了量子位元數(shù)并非唯一的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)，而在目前的量子運(yùn)算技術(shù)發(fā)展上，都有其重要性。

除了硬件的發(fā)展，IBM也致力在軟件開(kāi)發(fā)上，IBM提到，量子運(yùn)算還需要生成和操作量子電路的高性能軟件，在異構(gòu)運(yùn)算環(huán)境中執(zhí)行混合量子古典工作流程的中介組件。量子運(yùn)算SDK Qiskit便是扮演這樣的角色，IBM預(yù)計(jì)在2024年2月推出1.0版本，這個(gè)正式版本相較于早期版本，在電路結(jié)構(gòu)、編譯時(shí)間和內(nèi)存使用上，都有明顯的改進(jìn)。

除此之外，IBM還介紹了Qiskit Patterns和Quantum Serverless兩項(xiàng)新技術(shù)。Qiskit Patterns是一種程序設(shè)計(jì)模板，目的是讓量子程序的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單明確，替構(gòu)建大規(guī)模量子算法和應(yīng)用程序提供一個(gè)邏輯框架。該模板具有可組合、容器化和抽象化等特性，讓用戶可以從基本構(gòu)建模塊創(chuàng)建量子算法和模型。

而Quantum Serverless則是一種異構(gòu)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，支持大規(guī)模自動(dòng)管理和執(zhí)行Qiskit Patterns，目的要以量子運(yùn)算加速企業(yè)工作流程。這些技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)降低企業(yè)規(guī)模的量子運(yùn)算應(yīng)用門檻。

IBM針對(duì)可擴(kuò)展量子運(yùn)算所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)Quantum System Two，目前搭載3個(gè)Quantum Heron處理器，已經(jīng)在紐約的實(shí)驗(yàn)室中正式運(yùn)轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)集成了低溫基礎(chǔ)設(shè)施、第3代控制電子設(shè)備和古典執(zhí)行時(shí)服務(wù)器，構(gòu)成模塊化架構(gòu)量子運(yùn)算平臺(tái)。IBM Quantum System Two預(yù)計(jì)被用于實(shí)現(xiàn)量子超級(jí)計(jì)算機(jī)的平行電路處理技術(shù)。