全球首個(gè)獨(dú)立商用量子計(jì)算機(jī)，IBM推出IBM Q System One

消息，全球的科技巨頭都在量子計(jì)算上投入了大量資源。值得關(guān)注的是，在2019 CES上，IBM宣布推出IBM Q System One，該系統(tǒng)是世界上首個(gè)專為科學(xué)和商業(yè)用途設(shè)計(jì)的集成通用近似量子計(jì)算系統(tǒng)。此外，IBM還計(jì)劃于2019年在紐約Poughkeepsie開設(shè)首個(gè)IBM Q 量子計(jì)算中心。

IBM Q系統(tǒng)的目標(biāo)是解決當(dāng)前經(jīng)典系統(tǒng)無(wú)法處理的被認(rèn)為是過(guò)于復(fù)雜的問題，幫助開發(fā)者構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)與常規(guī)架構(gòu)計(jì)算機(jī)之間的接口。量子計(jì)算的未來(lái)應(yīng)用包括尋找新的方法模擬金融數(shù)據(jù)，隔離關(guān)鍵的風(fēng)險(xiǎn)因素以進(jìn)行更好的投資，或者找到跨系統(tǒng)的最佳路徑，以實(shí)現(xiàn)超高效的物流和優(yōu)化交付的運(yùn)營(yíng)。

IBM Q的用途

IBM Q由IBM科學(xué)家，系統(tǒng)工程師和工業(yè)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)，具有精密，模塊化和緊湊的設(shè)計(jì)，在穩(wěn)定性、可靠性方面進(jìn)行了優(yōu)化。IBM Q使通用近似超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)能夠走出實(shí)驗(yàn)室，這可能是有史以來(lái)第一次。

就像經(jīng)典計(jì)算機(jī)將多個(gè)組件組合成一個(gè)優(yōu)化的協(xié)同集成架構(gòu)一樣，IBM正在使用第一個(gè)集成的通用量子計(jì)算系統(tǒng)將相同的方法應(yīng)用于量子計(jì)算。 IBM Q由許多自定義組件組成，這些組件協(xié)同工作，可用作最先進(jìn)的基于云的量子計(jì)算程序，包括：

量子硬件設(shè)計(jì)穩(wěn)定，自動(dòng)校準(zhǔn)，可提供可重復(fù)且可預(yù)測(cè)的高質(zhì)量量子比特;

低溫管理，提供連續(xù)冷和孤立的量子環(huán)境;

緊湊型高精度電子元件，可嚴(yán)格控制大量量子比特;

量子固件，用于管理系統(tǒng)運(yùn)行狀況并啟用系統(tǒng)升級(jí)，無(wú)需用戶停機(jī);

經(jīng)典計(jì)算，提供安全的云訪問和量子算法的混合執(zhí)行。

IBM Q 如何設(shè)計(jì)？

IBM組建了世界一流的工業(yè)設(shè)計(jì)師、架構(gòu)師和制造團(tuán)隊(duì)，與IBM Research科學(xué)家和系統(tǒng)工程師一起設(shè)計(jì)IBM Q，具體包括英國(guó)工業(yè)和室內(nèi)設(shè)計(jì)工作室Map Project Office和Universal Design Studio，以及Goppion。

IBM與這些合作者共同設(shè)計(jì)了第一個(gè)量子系統(tǒng)，將數(shù)千個(gè)組件整合到一個(gè)專為商業(yè)用途而構(gòu)建的玻璃氣密環(huán)境中，這是商用量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)里程碑。

IBM Q旨在解決量子計(jì)算最具挑戰(zhàn)性問題之一：持續(xù)保持用于執(zhí)行量子計(jì)算的量子位的質(zhì)量。量子比特強(qiáng)大但又脆弱，通常在100微秒內(nèi)（對(duì)于最先進(jìn)的超導(dǎo)量子比特）就會(huì)失去其特殊的量子特性，部分原因在于互連機(jī)械的振動(dòng)，溫度波動(dòng)和電磁波的環(huán)境噪聲。防止這種干擾是量子計(jì)算機(jī)及其組件需要考慮的問題。

IBM Q的設(shè)計(jì)包括一個(gè)外形尺寸高2.74米（9英尺），寬2.74米（9英尺），厚1.27厘米（半英寸）的硼硅酸鹽玻璃外殼，形成一個(gè)密封外殼，可以使用“旋轉(zhuǎn)平移”毫不費(fèi)力地打開，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)兩個(gè)移位軸的設(shè)計(jì)用于簡(jiǎn)化系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)過(guò)程，同時(shí)最大限度地減少停機(jī)時(shí)間，這也是IBM Q適用于可靠商業(yè)用途的一個(gè)創(chuàng)新。

另外，還有一系列獨(dú)立的鋁和鋼統(tǒng)一框架，也有解耦系統(tǒng)的低溫恒溫器，控制電子設(shè)備和外殼，有助于避免潛在的振動(dòng)干擾，導(dǎo)致“相位抖動(dòng)”和量子比特退相干。

IBM Q量子計(jì)算中心

IBM將與今年晚些時(shí)候在紐約Poughkeepsie開設(shè)的IBM Q Quantum計(jì)算中心擴(kuò)展IBM Q Network商業(yè)量子計(jì)算計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃已包括位于紐約約克鎮(zhèn)的Thomas J. Watson研究中心的系統(tǒng)。新中心將容納部分世界上最先進(jìn)的基于云的量子計(jì)算系統(tǒng)，IBM Q Network的成員可以訪問這些系統(tǒng)，這是一個(gè)由全球財(cái)富500公司、初創(chuàng)公司、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和國(guó)家研究實(shí)驗(yàn)室組成的全球社區(qū)。

IBM Poughkeepsie在計(jì)算領(lǐng)域的歷史可以追溯到20世紀(jì)50年代，IBM的第一批商用計(jì)算機(jī)IBM 700系列，還有20世紀(jì)60年代的IBM System / 360，通過(guò)改變企業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)的看法，徹底改變了世界?，F(xiàn)在，IBM Poughkeepsie定位為世界上為數(shù)不多具備量子計(jì)算能力的計(jì)算中心。

“IBM Q System One是量子計(jì)算商業(yè)化的重要一步，”混合云高級(jí)副總裁兼IBM研發(fā)總監(jiān)Arvind Krishna表示?！爱?dāng)我們致力于開發(fā)商業(yè)和科學(xué)的實(shí)用量子應(yīng)用時(shí)，這個(gè)新系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)展量子計(jì)算走出研究實(shí)驗(yàn)室研究至關(guān)重要?！?/p>

新系統(tǒng)標(biāo)志著IBM Q的下一次發(fā)展，IBM表示這是業(yè)界首次通過(guò)基于云的IBM Q體驗(yàn)將人們帶入可編程通用量子計(jì)算，以及商業(yè)和科學(xué)應(yīng)用的商業(yè)IBM Q Network平臺(tái)。了解，自2016年5月，公開免費(fèi)的IBM Q Experience一直在運(yùn)營(yíng)，已經(jīng)擁有超過(guò)十萬(wàn)名用戶，他們已經(jīng)進(jìn)行了超過(guò)670萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)并發(fā)布了130多份第三方研究論文。IBM Q Network包括最近新增的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，歐洲核子研究中心，?？松梨冢M(fèi)米實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。

BATH的量子計(jì)算進(jìn)展

在國(guó)外，谷歌和英特爾也積極研究量子計(jì)算，當(dāng)然國(guó)內(nèi)的科技巨頭們也不甘落后。2015年阿里就開始布局量子計(jì)算，與中科院成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，開展量子信息科學(xué)領(lǐng)域的前瞻性研究。去年5月，達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室推出世界最強(qiáng)量子模擬器“太章”?！?018云棲大會(huì)上，達(dá)摩院宣布著手超導(dǎo)量子芯片和量子計(jì)算系統(tǒng)的研發(fā)，使阿里巴巴成為繼IBM、微軟、谷歌和英特爾之后，全球第五家啟動(dòng)量子硬件研發(fā)項(xiàng)目的大型科技企業(yè)。

騰訊在2017年12月的TSAIC大會(huì)上，香港中文大學(xué)計(jì)算機(jī)系任副教授張勝譽(yù)正式以騰訊量子實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、杰出科學(xué)家的身份現(xiàn)身并發(fā)表演講，這也是騰訊量子實(shí)驗(yàn)室的首度對(duì)外亮相。

2018年3月，百度宣布成立量子計(jì)算研究所，開展量子計(jì)算軟件和信息技術(shù)應(yīng)用業(yè)務(wù)研究，百度計(jì)劃在五年內(nèi)組建世界一流的量子計(jì)算研究所，并逐步將量子計(jì)算融入到業(yè)務(wù)中。

華為也在2018年華為全聯(lián)接大會(huì)期間正式發(fā)布量子計(jì)算模擬器HiQ云服務(wù)平臺(tái)，包括量子計(jì)算模擬云服務(wù)以及量子編程框架。

量子計(jì)算的競(jìng)爭(zhēng)正在加速，那么量子計(jì)算到底會(huì)帶來(lái)怎樣的革新？