陈根：量子计算，终于要走向实用化了？

文/陈根

最近，在量子技术领域又发生了一件大事，就是12月4日，IBM公布了它们在量子计算领域的多项新进展。内容量很大，我后面会和大家解释，为什么说这次IBM的进展是量子技术的大事。

第一项进展，是IBM正式推出了第三代量子芯片Heron，第二项进展，是IBM 推出了第一台拥有 1000 多个量子比特的量子计算机 Condor，更重要的是，IBM表示，现在将转变方向，专注于让机器更具有容错性，而不是更大规模的量子比特。当然，这里面有很多名词大家听了会有点不理解，简单来说，这三项技术都传递出一个信息，就是量子计算，终于要走向实用化了。

之前在各种新闻的报道里，我们也可能听到过很多量子计算方面的突破，但对于当时来说，所有的突破，其实都是对于量子计算这一项技术的探路。那么这一次是怎么回事呢？这一次，和之前的每一次，有什么不同呢？

其实IBM公司一直很专注于研究量子计算机，它们在之前也获得了很多进展，对于量子计算机来说，一个非常重要的参数，就是它能操控多少个量子比特，操控越多的量子比特，量子计算机的运算速度也就越快。

这几年来，IBM每年都如期实现了量子比特翻番的规划，相继在2021年推出127个量子比特的量子计算机Eagle，2022年推出了433个量子比特的量子计算机Osprey，今年则是推出了1121个量子比特的量子计算机Condor。

IBM表示，Condor为扩展到完全纠错、互连、超过 100 万量子比特的量子计算机奠定了基础。

当然，除了量子比特之外，要实现量子计算，还需要考虑到量子比特的质量。事实上，近年来，虽然科学家操纵量子比特的数量在不断提高，但同时也面对着越来越严峻的量子计算精准度的技术难题。

究其原因，一方面，与经典比特不同，量子比特容易受到外部干扰和噪音的影响。这包括热噪声、电磁干扰等。这些干扰会导致量子比特的误差，从而降低了计算的精确性。而随着量子比特数量的增加，噪音和误差的影响也会增加，这对于构建大规模量子计算机来说是一个严重挑战。

在大规模系统中，精确度问题可能会变得更加突出，因为误差可能会在不同量子比特之间传播并相互作用，导致不可预测的结果。于是，IBM在扩大量子比特数目的同时，也开始侧重量子硬件性能、错误减少和纠正。此次发布的量子芯片Heron，虽只拥有133个量子比特，错误率却创历史新低，设备性能相比127 量子比特Eagle处理器提高了3-5倍，且几乎消除了串扰。

如何能够让量子计算实用化，一定会是越来越热门的一个问题，因为今天人工智能的发展已经被算力卡住了，而真正能打破人工智能算力瓶颈的，正是量子计算。而一台有用的量子计算机，则需要更好的量子比特和更好的门，只有量子比特扩展到足够大、足够快、足够精确，才能解决经典系统难以解决的问题。

IBM已经在转变方向，专注于让量子计算机更具有容错性，让量子计算机走向实用化。虽然客观来说，我们离制造一台拥有数百万高质量量子比特的量子计算机还有些远，但实用的量子计算好像已经不再遥远。