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IBM发布全球首个商用集成量子计算系统

美东时间1月8日,IBM在2019年国际消费电子展(CES)上宣布推出IBM Q System One,该系统是世界上首个专为科学和商业用途设计的集成通用近似量子计算系统。此外,IBM还宣布计划于2019年在纽约波基普西市(Poughkeepsie)设立首个IBM Q量子计算中心,以便更好地服务于商业客户。

IBM Q系统的设计初衷是解决当前被认为经典系统无法处理的过于复杂的问题。量子计算的未来应用也许将涉及包括寻找新的方法来模拟金融数据,隔离全球范围内的核心风险因素以进行更好的投资,或者找到可以横跨全球众多系统的最佳路径,以实现超高效的物流和优化交付的运营方式。

IBM Q由IBM科学家,系统工程师和工业设计师设计,具有精密、模块化和紧凑的特性,并针对稳定性、可靠性和持续商业用途等方面进行了优化。IBM Q System One的出现也是有史以来第一次,使得通用近似超导量子计算机走出了实验室。

如同经典计算机将多个组件组合成一个优化的协同集成架构一样,IBM应用相同的方法构造第一个集成性通用量子计算系统。IBM Q System One由许多自定义组件构成,协同运作可用于现今最先进的基于云的量子计算程序,包括:

·量子硬件,它的设计目标是具有稳定,自动校准能力,可重复且可预测的高质量量子比特;

·低温管理,提供持续低温和隔绝的量子运行环境;

·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,用于管理系统运行状况并启用系统升级,无需用户停机;

·经典计算,提供安全的云访问和量子算法的经典/量子混合执行模式。

IBM Q量子计算中心

IBM将于2019年晚些时候在美国纽约波基普西市开设IBM Q量子计算中心,以扩展IBM Q Network商业量子计算计划,此前已开设的量子计算中心位于纽约约克镇的Thomas J. Watson研究中心。新中心将容纳部分世界上最先进的基于云的量子计算系统,IBM Q Network的成员可以访问这些系统。IBM Q Network是一个由财富500强企业、初创企业、学术机构和国家研究实验室组成的全球社区。社区成员致力于与IBM携手共同推进量子计算发展,探索商业和科学领域应用。

波基普西在计算领域的独特历史可以追溯到20世纪50年代。IBM的第一批商用计算机IBM 700系列,以及20世纪60年代的IBM System/360,改变了企业对计算机硬件的看法,更因此彻底改变了世界。现在,作为世界上最强大的经典系统之一——IBM大型机诞生地的波基普西,被定位于是世界上少数几个具备运行量子计算能力的中心之一,这包括技术能力,基础设施和专业知识,以及访问高性能计算系统和量子计算机工作时所需的高可用性数据中心的能力。

“IBM Q System One是量子计算商业化的重要一步,”IBM混合云高级副总裁兼IBM研究院院长Arvind Krishna表示。“当我们致力于开发商业和科学的实用量子应用时,这个新系统对于扩展量子计算走出实验室至关重要。”

IBM Q System One 的设计

IBM组建了世界一流的工业设计师、架构师和制造商团队,与IBM研究院的科学家和系统工程师来一起设计IBM Q System One,其中包括英国工业和室内设计工作室Map Project Office和Universal Design Studio,以及总部位于米兰的博物馆展示柜高端制造商Goppion(卢浮宫蒙娜丽莎和伦敦塔皇冠珠宝等举世瞩目的艺术珍品都在使用Goppion生产的展示柜)。

IBM与这些合作者共同设计了全球第一个量子系统,将数千个组件整合到一个专为商业用途而构建的玻璃气密环境中,这是商用量子计算机发展的一个里程碑。

这个集成系统旨在解决量子计算最具挑战性的问题之一:持续保持用于执行量子计算的量子位的质量。量子比特强大但又脆弱,通常在100微秒内(对于最先进的超导量子比特)就会失去其特殊的量子特性,部分原因在于互连机械的振动,温度波动和电磁波造成的环境噪声干扰。如何防止这种干扰是量子计算机及其组件需要隔离和精密工程设计制造的原因之一。

IBM Q System One的设计包括一个高22.86厘米(9英尺),宽22.86厘米(9英尺),厚1.27厘米(半英寸)的硼硅酸盐玻璃外壳,使其形成一个密封的气密外壳,可以通过“旋转平移”毫不费力地打开。通过电机驱动旋转两个移位轴的设计,可用于简化系统的维护和升级过程,同时最大限度地减少停机时间,这也是IBM Q System One适用于可靠商业应用的创新之处。

另外,一系列独立的铝和钢统一框架,解耦系统的低温恒温器,控制电子设备和外壳等设计,都将有助于避免潜在的振动干扰,导致“相位抖动”("phase jitter" )和量子比特退相干(qubit decoherence)。

这一新系统标志着业界首个基于云、面向公众可编程的IBM Q Experience和面向商业和科学应用的IBM Q Network平台又有了进一步的发展。自2016年5月以来,免费公开的IBM Q Experience目前已拥有超过10万用户,用户在该平台上运行了超过670多万次实验,发表了130多份第三方研究论文。开发者们还下载了Qiskit,这是一个完整的、开源的量子软件开发工具包,其创建和运行量子计算程序的次数超过14万次。IBM Q Network近期新增成员包括阿贡(Argonne)国家实验室、欧洲核子研究中心、埃克森美孚、费米实验室和劳伦斯伯克利国家实验室。