IBM 迄今为止最大的量子芯片或能帮助解决最棘手的数学问题

量子计算机虽然目前的形式很精密和复杂，但有望在一组特定任务上表现出色。首先，由于其设计上的一个特点，它们应该能够比传统计算机更快、更准确地解决某些类型的涉及线性代数的数学问题。

传统计算机具有二进制开关，可将信息表示为零或一。与之对应的量子位元可以将信息表示为一、零或两者的组合。这是因为量子位元不是存储开启或关闭状态的位元，而是存储波形。

在量子领域，IBM 的研究人员一直在努力工作，更新设备内的硬件和软件套件，旨在解决当今最好的经典计算机难以解决或不可能解决的问题。

今年 5 月，IBM 公布了雄心勃勃的路线图，旨在让量子计算更加强大、更加实用。在本周的 IBM 峰会上，该公司公布了他们目前取得的成果，包括新完成的 433 量子比特处理器 Osprey，以及量子软件的更新版本。

为了使这些设备保持其量子特性，需要使用专门的冰箱和冷却系统将它们保存在极低的温度下。IBM 分享了一份进度报告，介绍了他们组装 2023 年低温冰箱基础设施（称为系统二）的不同部件的进展情况。它将负责容纳所有量子计算设备并保持其稳定。

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IBM 的量子芯片以鸟类命名。Osprey 比之前的 127 量子比特芯片 Eagle 大近三倍，采用了许多相同的技术和设计，例如芯片表面的六边形晶格结构可容纳所有量子比特。但 400 个量子比特可能难以管理，因此工程师们不断尝试制造技术或对设计进行细微改动，以使处理器噪音更小、效率更高。

IBM Quantum 量子硬件系统开发总监 Jerry Chow 表示：“每次你需要将其设计为 3 倍时，都会有一些事情要考虑，以确保它能够正常工作。对于 Osprey 来说，很多事情都归结为进一步开发和扩展 Eagle 堆栈中常见的多层布线，同时也需要对其进行优化，以便将更多量子比特打包在一起并将它们路由到一起。”

实现这一目标的方法之一是调整量子计算机中的结构组件：用带状高密度电缆（称为柔性布线）代替手工制作的同轴电缆，可以减少整体尺寸占用空间（和成本）。这些带状电缆还可以扁平地堆叠在一起，形成阶梯状，连接冰箱的不同板。这种改变可以增加可中继的信号量。

除了推出新的处理器外，该团队还宣布推出新一代控制电子设备，以及对 Eagle 和 Falcon 等旧芯片的改进。

IBM 一直试图改进其所有芯片的一个指标是量子比特的相干时间。相干时间是指量子比特保持其波状量子态的时间。如果来自其他量子比特和环境的噪声干扰过多，量子比特可能会失去这一特性，从而导致退相干。这会影响计算结果。相干时间、完成量子门所需的时间以及可用的量子比特数量是决定芯片性能的因素。它们还限制了特定设备可以处理的问题规模。

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目前，Osprey 的平均相干时间约为 70 到 80 微秒。Chow 和他的同事已将 Eagle 和 Falcon 等早期芯片上的量子比特相干时间提高了三倍。

“Falcon 增加了三倍，达到约 300 至 400 微秒。去年我们发布 Eagle 时，其相干时间在 90 至 100 微秒范围内，”Chow 说道。“现在，我们的 Eagle 第三版也可以达到 300 微秒的相干时间。”

目前正在编写的 Osprey 第二次修订版在相干时间方面也显示出了类似的改善。

IBM 尚未向任何客户发布 Osprey。“它仍处于研究其工作情况和特性的阶段，”Chow 说道。“我们当然已经确定了连贯时间和一些更基本的方面，但我们仍将在未来几个月内努力将其引入一个完整的系统，以便在明年年初实现客户部署。”

此次峰会也是 IBM 合作伙伴展示迄今为止利用量子技术发现的所有应用的机会，包括利用量子技术探测引力波、发现信用卡支付数据中的欺诈行为、计算能源存储问题的天气相关风险，以及模拟分子特性来设计新材料。