IBM发布首款1000量子比特芯片

本文转自：中国科学报

IBM最新的量子处理器提高了量子比特的可靠性。图片来源：IBM

本报讯 12月4日，美国国际商业机器公司（IBM）推出了第一台拥有1000多个量子比特的量子计算机，这相当于一台普通计算机中的数字比特。但该公司表示，现在将转变方向，专注于使量子计算机更具容错性，而不是更大。

多年来，IBM一直遵循量子计算的路线图，即量子比特数量每年大约翻一番。此次发布的芯片名为“秃鹫”，拥有1121个以蜂窝状排列的超导量子比特。

在此之前，IBM还发布了其他以鸟类命名的创纪录的机器，包括2021年推出的127量子比特芯片和去年推出的433量子比特芯片。

量子计算机有望执行某些经典计算机无法完成的计算。它利用独特的量子现象，如纠缠和叠加，使得多个量子比特可以同时存在于多个集体状态中。

但这些量子态却是变化无常的，且容易出错。物理学家试图通过诱导几个物理量子比特一起工作来代表一个量子比特的信息，即“逻辑量子比特”，从而解决这个问题。其中每个物理量子比特都编码在一个超导电路或者单独离子中。

作为新策略的一部分，IBM还推出了一款名为“苍鹭”的芯片。该芯片有133个量子比特，但错误率创下了历史新低，仅为之前量子处理器错误率的1/3。

研究人员普遍表示，最先进的纠错技术将需要每个逻辑量子比特对应1000多个物理量子比特。一台能够进行有用计算的机器需要数百万个物理量子比特。

但最近几个月，物理学家为一种名为量子低密度奇偶校验（qLDPC）的替代纠错方案而感到兴奋。

根据IBM研究人员在arXiv公布的成果，该方案能使错误率减少至1/10甚至更低。IBM表示，他们现在专注于制造能够在400个左右的物理量子比特中容纳几个经过qLDPC校正的量子比特的芯片，然后将这些芯片联网。

美国哈佛大学物理学家Mikhail Lukin认为，IBM做出了“优秀的理论工作”。“话虽如此，用超导量子比特实现这种方法似乎极具挑战性，甚至可能需要数年时间才能在这个平台上进行概念验证实验。”Lukin说。

Lukin与合作者也进行了类似的研究，希望用单个原子代替超导环来实现qLDPC。

问题在于，qLDPC技术要求每个量子比特至少直接连接其他6个量子比特。在典型的超导芯片中，每个量子比特只与两三个相邻的量子比特相连。但是，凝聚态物理学家、IBM量子公司首席技术官Oliver Dial说，该公司有一个计划——在量子芯片的设计中增加一个层，以允许qLDPC方案所需的额外连接。

IBM 12月4日公布的一张量子研究新路线图显示，预计10年内，IBM将实现有用的计算，比如模拟催化剂分子的工作。

“这一直是一个梦想，而且是一个遥远的梦想。”Dial说，“实际上，让它离我们近一点，就可以看到今天所处的位置，这对我来说意义重大。”（王方）