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量子摩尔定律来了!在近日召开的 2022 年美国物理学会三月会议上,在这次会议上,IBM 宣布其最新型的量子计算机、今年1月在CES上亮相的全球首台商用量子计算一体机IBM Q System One提供了 “迄今为止最高的量子体积”。同时,IBM发布了量子性能的“摩尔定律”,并宣布其“量子霸权”时间表:为了在10年内实现量子霸权,需要每年将量子体积至少增加一倍。
量子体积是什么?
“量子体积”(Quantum Volume)是IBM提出的一个专用性能指标,用于测量量子计算机的强大程度,其影响因素包括量子比特数、门和测量误差、设备交叉通信、以及设备连接和电路编译效率等。因此,量子体积越大,量子计算机的性能就越强大,能够解决的实际问题就越多。
尽管量子计算领域的发展刚刚起步,但是 IBM 已经给出了一份方便衡量的速度表,以及充满雄心壮志的目标。与“经典”计算机一样,量子计算机也有望跑得越来越快 —— 如果其能够遵从“摩尔定律”,让芯片规模呈现指数级增长的话。IBM 试图让量子计算机的性能每年翻一番,实现最终的“量子霸权”。
2022 年 IBM 的 Tenerife 设备 (5-qubit) 已经实现了 4 量子体积;
2022 年的 IBM Q 设备 (20-qubit),其量子体积是 8;
2022 年最新推出的 IBM Q System One(20-qubit),量子体积达到 16。
也就是说,自 2022 年以来,IBM 每年将量子体积翻了一番。这种倍增与摩尔定律非常相似。摩尔定律由英特尔创始人之一的戈登·摩尔提出,即:当价格处于较为稳定的时期内,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18个月或者两年便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18个月或者一年翻一倍以上。这一定律清晰地揭示了信息技术进步的速度。
IBM 研究人员 Jay Gambetta 和 Sarah Sheldon 在一份声明中称:“为在 2022 年代实现量子优势,我们需要每年增加至少1倍的‘量子体积’”。
1965年,戈登·摩尔曾断言:“集成电子技术的未来是电子产品本身的未来。”而我们现在相信,量子计算的未来将成为计算机本身的未来。
IBM Q System One,号称全球首台量子计算一体机,它体积如同大象,算力不敌手机。今年1月,拉斯维加斯 CES 展会上,Q System One首次亮相。
IBM Q System One
它犹如一件艺术品,被安置在一个 2.74 米高、2.74 宽的的硼硅玻璃柜中,中间挂着吊灯一般的量子计算核心硬件,由一个闪亮的圆柱形黑色外壳包裹,里面的所有部件都被精妙地隐藏起来。
当然,为了方便维护,玻璃外壳可以使用电机打开。IBM Q System One 由许多自定义组件组成,这些组件协同工作,可用于最先进的基于云的量子计算程序,包括:具有稳定性和自动校准能力的量子硬件设计,提供可重复、可预测的高质量量子比特;制冷工程,提供连续冷却、孤立的量子环境。紧凑型高精度电子元件,可严格控制大量量子比特;量子固件,可管理系统运行状况并启用系统升级,无需用户停机。
它的 “量子体积” 达到了 16。如果明年 IBM 如约推出 32 量子体积的计算机,又会是何等的高端艺术品呢?
巨头搅局,量子计算竞争白热化
根据 BCC Research 的数据,到 2022 年,全球量子计算市场的复合年均增长率预计将达到 37.3%,产值达到 1.61 亿美元左右。再往后,2027 年该市场的年复合增长率将达到 53% 左右,产值达到 13 亿美元。
这个预测并不夸张。因为,这个领域的竞争正在加剧。
英特尔、微软、谷歌等主要竞争对手正在加入竞争。这些巨头科技公司正不遗余力地将量子计算商业化和民主化,使其进入商用领域。
谷歌量子计算机
英特尔最近与 Bluefors 和 Afore 合作推出了首款量子低温晶圆探针 (Cryogenic Wafer Prober)。这种装置可以加速基于硅的量子芯片上量子比特的测试过程。
微软的量子网络也正在成长。作为该公司量子开发工具包的一部分,微软大力推广其“量子友好” 的最新编程语言 Q#(Q-sharp)。微软的目标是开发一种通用量子计算机,采用坚固的基于纳米线的硬件结构,具有纠错机制。
以此同时,谷歌在去年 7 月发布了名为 Cirq 的开源软件工具包,以帮助开发人员测试量子计算算法。此外,在去年 3 月,谷歌宣布推出Bristlecone,一台 72 量子比特的通用量子计算机。
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来源:中国科普网 综合报道
编辑:吴桐
审核:王飞
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