IBM最新路线图：计划制造以量子为中心的超级计算机

最近几天，IBM公布了最新路线图，计划在2025年推出1386量子位的多芯片量子计算机，以此面向未来以量子为中心的超级计算时代。

以量子为中心的超级计算机

两年前，IBM发布了第一份路线图草图:量子计算技术发展的三年计划，也可以称为发展路线图。

此次，IBM更新了前述电路图，计划将QPU，CPU和GPU编织成一个计算架构，解决传统资源范围之外的问题。

最新路线图的目标是建立一个以量子为中心的超级计算机它将量子计算机，经典计算机，量子通信网络，经典网络结合起来，使它们协同工作，彻底改变计算方式因此，IBM需要解决扩大量子计算机规模的挑战，开发运行环境，提高量子计算的速度和质量，引入无服务器编程模型，使量子计算机和经典计算机能够顺利协同工作

为实现这一目标，IBM于2016年将该公司开发的首个量子计算机服务放入云端，2017年推出首个用于编程量子计算机的开源软件开发工具包Qiskit，2019年推出首个集成量子计算机系统IBM Quantum System One，2021年发布127量子位的量子计算机Eagle，并推出Qiskit Runtime，使经典系统和量子系统协同工作。

更新后的路线图将持续到2025年，届时IBM表示将消除扩展量子硬件的主要障碍，同时开发技术和工具，将量子集成到计算工作流中。

除了量子计算机，IBM还试图将一种范式转变引入整个计算领域。

多年来，以CPU为中心的超级计算机一直是主要的计算处理器，在过去几年中，出现了以人工智能为中心的超级计算机CPU和GPU可以在一个庞大的系统中协同工作，解决人工智能繁重的工作量

如今，以量子为中心的超级计算机时代即将到来，IBM计划将QPU，CPU和GPU编织成一个计算结构IBM表示，以量子为中心的超级计算机将被用于解决更复杂的问题，进行更多开创性的研究，开发更多前沿技术

为无服务器量子计算做好准备

为了实现最新的路线图，IBM表示还需要开发软件和基础设施，针对不同用户的需求和体验开发不同的工具。

对于内核开发者，IBM将交付并改进Qiskit运行时:通过添加动态电路，允许量子测量的反馈和前馈来改变或指导操作过程，从而扩展硬件功能，减少电路深度，允许不同电路构建模型，允许对量子纠错内核的基本操作进行奇偶校验。

IBM计划在2023年使Qiskit Runtime能够运行并行量子计算机，包括自动分配可并行化的任务在未来两年内，它将引入误差消除和抑制技术，为未来的量子纠错奠定基础

对于算法开发者，IBM会逐步完善Qiskit运行时服务的原语量子计算机的独特能力在于其输出产生非经典的概率分布，人们可以从中抽样或估计数量作为一组核心函数，原语可以轻松高效地作用于这些分布

算法开发人员通常需要将问题分解成一系列更小的量子和经典程序，并使用编排层将数据流拼接到整体工作流中IBM将这种拼接基础设施称为Quantum Serverless，其核心是支持量子和经典资源的灵活组合，为开发者分配所需的计算资源到2023年，IBM计划将Quantum Serverless集成到核心软件栈中，实现线路编织等核心功能电路编织技术是将较大的电路分成小的部分，在量子计算机上运行，然后用经典计算机重新组装结果

2022年初，IBM团队展示了一种叫做纠缠锻造的线编织方法，可以用同样数量的量子比特将量子系统的规模扩大一倍此外，IBM还提出与经典通信并行的量子计算机将更快带来量子优势

到2023年，IBM将开始构建针对特定用例的量子应用软件原型，并进行首个机器学习测试用例到2025年，模型开发人员将能够探索机器学习，优化，自然科学和其他领域的量子应用

解决量子计算机规模扩大的问题。

量子计算的核心是能让量子程序运行的硬件，这可能需要几十万甚至上百万个高质量的量子比特，因此需要扩大量子计算机的规模对此，IBM表示，将在2022年和2023年分别推出433个量子位的鱼鹰计算机和1121个量子位的秃鹰计算机，以测试单芯片计算机的极限，并在IBM量子系统二中将其集成到大规模量子系统中目前，IBM正在尝试将量子计算机连接在一起，形成一个模块化的系统，使规模的扩大不受物理条件的限制

为进一步解决规模扩张问题，IBM将采取三种循序渐进的方法:一是在2023年推出Heron，一台拥有133个量子位的计算机，允许不同计算机之间进行实时经典通信，从而实现前述的编织技术，然后启用多芯片计算机，扩大量子计算机的规模，引入408个量子比特计算机Crossbill，包括三个芯片通过耦合器连接，实现模块化扩展，之后在2024年推出了内置量子通信链路，462个量子比特的计算机火烈鸟，将3个火烈鸟组成1386个量子比特系统，通过计算机之间的量子通信实现并行预计IBM的链接将导致量子门速度更慢，处理器之间的保真度更低，因此需要软件合作来更好地利用系统

IBM表示，最终将结合前述方法，在2025年推出一台拥有1386个量子比特和量子通信链路的多芯片量子计算机翠鸟，并使用3个翠鸟芯片组成4158个量子比特作为演示，为用户提供大规模系统服务。