IBM让量子计算在云端成为可能

蔡立英/编译



IBM让量子计算在云端成为可能

蔡立英/编译

IBM量子计算科学家杰·甘贝塔（Jay Gambetta）利用一台平板电脑与IBM量子实验平台进行互动，该平台由位于纽约州约克镇的IBM沃森研究中心

●IBM研究院于2016年5月4日宣布，IBM率先向公众开放量子计算，用户能在IBM量子处理器上做实验。

5月4日，IBM在世界上首次通过云端实现量子计算向公众开放，让任何有兴趣亲自实践的人能访问IBM量子处理器，促使科研人员和科学共同体加速创新，有助于发现量子计算的新应用。这是量子计算时代的开端，也是IBM朝着建造通用量子计算机的目标取得的最新进展。通用量子计算机一旦建造出来，将代表信息技术发展史上最伟大的里程碑之一，有望解决我们过去和将来用经典计算机永远不能解决的某些问题。

IBM的科学家建造了一台量子处理器，通过IBM云提供了第一个量子计算平台，用户可以通过任何台式机或移动设备接入这个云端量子计算平台，访问IBM的量子处理器。IBM相信量子计算是计算的未来，有望解决目前超级计算机都无法解决的某些问题。

提供云服务的量子计算平台叫做“IBM量子实验平台”（IBM Quantum Experience），将允许用户在IBM的量子处理器上运行算法和实验，探索围绕量子计算可能的相关教程和仿真。

量子处理器由5个超导量子比特组成，位于IBM沃森研究中心的5量子比特的处理器代表了IBM量子计算机架构的最新进展，能扩展到更大的量子系统，是建造通用量子计算机的领先方法。

一台通用量子计算机能进行编程，运行任何计算任务，其运算速度将比经典计算机快很多，将在科学和商业上具有很多重要的应用。

目前，通用量子计算机尚未问世，但是IBM预测具有50-100量子比特的中等规模量子处理器可能在未来十年诞生。只需拥有一台具有50量子比特的量子计算机，当今任何一台排名前500的超级计算机都无法与之匹敌，反映出该技术的巨大潜力。量子计算机研究领域的科学家和理论家正致力于掌控量子计算机的巨大威力，最优化地加以应用，化学将很可能是最先展现量子加速度的领域。

“量子计算机与目前的计算机有很大的不同，不仅在于其外观和组成，更重要的在于它们能做什么。量子计算正在变成现实，而且其对计算的扩展将远远超出用目前计算机所能想象到的，”IBM研究院高级副总裁兼主任阿文德·克里希纳（Arvind Krishna）说，“这一时刻代表了量子云计算的诞生，通过向公众提供访问IBM量子实验系统的机会，IBM量子实验平台将让科研人员和科学共同体更容易在量子领域加速创新，有助于发现该技术的新应用。”

随着摩尔定律渐渐失效，量子计算将成为开启跨行业创新的新时代的技术之一。计算领域的这一飞跃将导致新药的发现和完全安全的云计算系统，开启人工智能的新前景，发展变革工业的新材料科学，搜索海量的大数据。

IBM量子计算平台

量子信息非常脆弱，需要避免因热量和电磁辐射导致的任何错误。基于进出极低温稀释制冷机的信号，你才能判断量子处理器的工作情况。

IBM研究团队在设备水平和电子控制方面都取得了许多有力的工程进展，在这台5量子比特的量子处理器上，给IBM量子计算平台的用户提供了前所未有的可靠而高质量的计算性能。

结合IBM研究院生态系统提供的专业软件能力，该研究团队已经在IBM云平台上建立了一个动态的用户界面，用户可以很容易通过云端连接到量子计算机的硬件上。该研究团队认为：向公众介绍完整的量子计算架构只是形成全新用户群体的开端，这个用户群体将拥抱量子世界，了解其工作原理。

未来，用户将有机会在IBM量子实验平台主办的社区中贡献和评论他们的实验结果，IBM的科学家将直接参与并提供更多有关这项新技术的研究成果和洞见。IBM计划逐步给IBM量子实验平台增加更多的量子比特和不同的处理器配置，这样用户能拓展他们的实验，有助于发现该技术的新应用。

量子计算——一种不同的思考方式

我们生活在一个由经典物理学定义我们的经验、直觉和如何处理信息的世界中，然而，原子水平的自然界是由量子力学这套不同的规则支配的。要解决自然界中由量子力学支配的问题，例如理解分子如何运动，超出了经典计算机的能力范围。

为了克服这个困难，1981年，理查德·费曼（Richard Feynman）提出建造基于量子力学规律的计算机。30年后，IBM正在帮助费曼实现这个宏愿。

量子计算机的工作原理与目前的计算机有着本质的不同，经典计算机利用比特（bit）处理信息，每个比特要么代表一个1，要么代表一个0。相反，一个量子比特（qubit）既能代表一个1或一个0，也能同时代表一个1和一个0，即所谓的叠加态（superposition）。量子比特的这个特性和其他量子效应一起使得量子计算机进行某些特定的计算时，比经典计算机要快得多。

目前学术界和工业界的大多数量子计算研究聚焦于建造通用量子计算机，面临的主要挑战包括制备高品质的量子比特，然后用一种可扩展的方法把这些量子比特“封装”在一起，以便它们能以一种可控的方式进行复杂的计算。

IBM利用的是超导量子比特，由硅芯片上的超导金属制备而成，能利用标准化硅片制造技术进行设计和生产。2015年，IBM的科学家通过把超导量子比特排列成格型结构（lattice architecture），在检测量子错误方面取得关键性突破，这种量子电路设计是唯一能扩展到更大维度的物理架构。

现在，IBM的科学家取得了进一步的进展，把5量子比特封装到格型结构中，演示了一项被称为“奇偶校验位测量”（parity measurement）的关键操作，这是很多量子纠错（quantum error correction）协议的基础。实现通用量子计算的关键就在于量子纠错的成就，IBM研究团队已经朝着这条充满挑战性的道路迈出了重要的另一步。

量子计算的新前沿

近年来，量子计算领域取得了巨大的进展，也受到了人们的高度关注。IBM通过让用户访问IBM量子实验平台，将帮助企业和机构开始了解这项技术的巨大潜力，促使大学在量子计算和相关学科领域增设教学项目，促使大学生开始意识到前景广阔的新的职业道路。

“探求建造首台通用量子计算机的途径是一个美丽的挑战，但也要求我们改变思考世界的方式。接入早期量子计算原型机将是我们构想和开发未来应用的关键，”IBM研究院科学与解决方案部副总裁达里奥·吉尔（Dario Gil）说，“如果你想了解一台真正的量子计算机能为你做什么以及它是如何工作的，那么，IBM量子实验平台正是你做这些研究的地方，而且独此一家，因为你在别处是无法体验到的。”

IBM量子实验平台是新成立的IBM研究院前沿研究所（IBM Research Frontiers Institute）的核心项目。前沿研究所是一个研发和分享突破性计算技术的创新联盟，旨在激发变革世界的创新成果。来自各行各业的公司均可利用IBM的科研人才和尖端研究设施，来探索量子计算的未来将为他们的机构和事业创造哪些优势。前沿研究所的创始成员包括三星、JSR、本田公司。

［资料来源：ibm.com］［责任编辑：岳 峰］