IBM新量子芯片突破100×100挑战,正打造量子中心超级运算系统
支付動態 · 2024-11-15

IBM宣布完成100×100量子挑战,展示具备5,000次双量子比特闸操作的量子电脑及Heron R2芯片,并揭示未来量子运算应用发展愿景

IBM今年首次举办量子开发者大会(Quantum Developer Conference),在大会上宣布达成两年前所设置的100×100挑战,同时也展示了新的量子电脑技术发展,并且揭示未来量子运算应用。100×100挑战的目标是创建一个可以处理100个量子比特,并且进行100层量子操作的量子电路,这代表着极其复杂的电路,已是古典电脑难以模拟。

而经过两年的技术突破,IBM在量子开发者大会上宣布达成100×100挑战,并揭露了具备5,000个双量子比特闸操作能力的量子电脑。当量子电脑能准确运行5,000个双量子比特操作的量子电路,就代表可以进行多层的复杂运算,并且处理超过100个量子比特规模的计算需求。

Heron R2芯片是这次量子电脑硬件突破的重点,其具备156个量子比特,采用重型六角布局(Heavy-Hex Layout)设计。这是IBM量子芯片的特殊设计,通过特殊排列来降低量子比特间的干扰。另外,IBM也在芯片上引入双层系统减弱技术,有效降低材料交互引发的杂讯。

IBM除了在硬件方面有所突破,也大幅改进了其系统软件,并推出新一代运行环境,提升了数据处理速度,达成每秒15万次电路层操作(Circuit Layer Operations Per Second,CLOPS),大幅提升性能表现。Qiskit作为IBM量子生态系的软件内核,也是更新的重点之一,针对高级用户推出具有人工智能功能的编译器服务,利用云端架构加速电路编译,并提供Qiskit Functions Catalog和Qiskit Code Assistant等辅助开发工具,供量子算法开发者有更多选择与弹性。

IBM在大会中也展示未来量子运算的发展路线图,特别是跨芯片的连接技术。由于IBM想要解决量子电路持续增加的复杂度,因此开发了两类型的耦合器,以连接芯片进一步提升量子运算的规模。该技术的成果之一便是IBM Quantum Flamingo,通过将两颗Heron R2芯片连接,实现长距离的量子闸操作。同时,IBM也展示量子Crossbill原型机,借由集成了三颗Heron芯片,验证多芯片高品质量子闸的可行性。

IBM的量子运算发展策略不仅限于硬件和系统性能的提升,同时也把重心放在量子错误更正技术的发展。IBM近期发表了一种更有效率的新型错误更正码(Error Correcting Code),与其他主流量子错误更正码相比,能够以较低的系统资源消耗存储量子信息。

IBM更计划在2026年展示Kookaburra系统,借由搭载先进的耦合器技术,进一步提升量子比特间的连接性能。而IBM最终的愿景,是打造以量子运算为内核的超级运算环境,通过提供量子与传统计算无缝协作的环境,让量子运算能够融入到现有工作负载管理系统中,奠定异质运算环境的基础。

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