IBM推出Eagle量子處理器 預計2023年超越傳統電腦
科技產業資訊室 (iKnow) - May 發表於 2021年11月16日
圖、IBM量子開發路線圖
Source：IBM
IBM 高級副總裁兼研究總監 Darío Gil 博士說：“'Eagle' 處理器是朝著量子計算機能夠在有意義的水平上超越經典計算機的那一天邁出的重要一步。” “量子計算有能力改變幾乎所有領域，並幫助我們解決這個時代最大的問題。這就是為什麼 IBM 繼續快速創新量子硬件設計，為量子和經典工作負載構建相互賦能的方法，並創建一個對採用量子計算至關重要的全球生態系統。”
量子計算應用程序——現在由 IBM 的 Eagle加速——可以應用在機器學習優化：材料和分子建模，到藥物和能源工業研究領域。現在，量子計算機可以解決經典計算系統無法破解的計算問題。但，Eagle 仍然只能通過其 IBM Quantum Network 計劃在 IBM Cloud 上作為探索性設備提供。
IBM 的 Eagle 自然地建立在公司先前的設計決策之上。它遵循 2019 年的 65 量子位元蜂鳥 (2020) 和 27 量子位元 Falcon 處理器，並從這兩種架構中吸取經驗教訓，以實現比以往任何時候都更複雜的量子電路。雖然量子位可以看作是筆電內核的等價物，但量子電路代表了這些內核的排列方式——它們如何劃分為量子門和測量。
IBM 設計 Eagle 的理念：
結合和改進在前幾代 IBM Quantum 處理器中開發的技術，以開發包括先進 3D 封裝技術在內的處理器架構，相信這些技術可以構成處理器的支柱，包括IBM計劃的 1000+ 量子位 Condor 處理器。Eagle 基於 Falcon 處理器首次推出的重六邊形量子位元佈局，其中量子位元與兩個或三個相鄰的量子位元連接，就像坐在鑲嵌六邊形的邊緣和角落一樣。這種特殊的連接性降低了由以下因素引起的錯誤的可能性相鄰量子位之間的相互作用——顯著提高了功能處理器的產量。
為了增加量子比特的數量，IBM 工程師必須找到新的方法來擴展量子計算的三個平面之間的複雜平衡：規模、質量和速度。規模是指任何給定係統中存在的量子比特數——以及可用電路層操作的複雜性。質量是指可以執行可用工作的量子比特數，它本身通過量子體積表示。最後，一個量子系統的速度是由它的標準化 CLOPs 得分，依據 IBM 提出的性能標準。
為了減少可能干擾量子相干性的元素數量，IBM 更改了量子位排列並減少了量子位控制所需組件的數量——作為量子計算系統一部分的任何元素都不可避免地會導致系統失衡。為了減少量子位控制操作的影響，IBM 的研究人員在 Eagle 量子處理器的幾個層中分佈了控制線，同時量子位保持在自己的隔離層上——從而減少了微妙量子態的不穩定（那些可以地球上的任何經典計算機都無法描述）。反過來，這允許增加系統可以包含的總量子比特數。
IBM 的計劃是大膽的；該公司顯然傾向於將量子作為下一個計算時代，量子優勢的目標是主要動力（量子優勢只是描述了一種計算狀態，其中經典計算系統和量子計算系統之間存在明顯的性能和複雜性差異）。該公司在該領域的貢獻 -量子體積的行業定義標準以及有望成為量子性能基準單元 CLOP 的開發。通過從IBM最初的 27 量子位 Falcon 處理器每年的複雜度躍升，IBM 已經執行了它自己設計的路線圖，就是最早將在 2023 年實現量子優勢路線圖 (Quantum Advantage Roadmap)。
因此，IBM 預計到 2022 年，從 Eagle 中的 127 個量子位到 433 位量子處理器（Osprey），一年內可用量子位將增加三倍。Condor 是 IBM 預計 2023 年推出的量子處理器的代號，最早將在 2023 年提供多達 1,121 個量子位，預計在兩年內將可用量子位總數增加 10 倍。
2019 年，IBM 推出了 IBM Quantum System One，這是世界上第一個整合型量子計算系統，IBM已經部署這些系統作為其基於雲計算的IBM量子服務的基礎上，在美國及在德國的弗勞恩霍夫協會、德國領先的科研機構、日本的東京大學和美國克利夫蘭診所推出。還有，IBM剛與新夥伴韓國延世大學也使用IBM量子系統。IBM期望隨著繼續擴展其量子處理器，有望在 IBM Quantum System One 的基礎架構之外成熟。
而IBM Quantum System Two 旨在與 IBM 未來的 433 量子位和 1,121 量子位處理器配合使用，IBM Quantum System Two 原型機預計將於 2023 年投入使用。IBM Quantum System Two 的設計將結合新一代可擴展量子位控制電子設備以及更高密度的低溫組件和電纜。此外，IBM Quantum System 2 引入了與 Bluefors 聯合設計的全新低溫平台，採用新穎、創新的結構設計，最大限度地為大型處理器所需的支持硬體提供空間，同時確保工程師可以輕鬆訪問和維護硬體。(1170字；圖1)
參考資料：
IBM Announces 127-qubit “Eagle” Quantum Processor. Tom's Hardware, 2021/11/16.
IBM Unveils Breakthrough 127-Qubit Quantum Processor. IBM, 2021/11/16.
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