IBM的目标:到2025年拥有4000个量子比特的处理器

IBM量子计算路线图的更新现在表示，该公司正在建造一个4000 -量子位2025年的机器。但要让设备做任何有用的事情，需要开发一个强大的新软件堆栈，以帮助管理错误，与传统硬件分担负载，并简化编程过程。

自从IBM首次发布它的量子硬件计划在2020年，该公司基本上遵守了计划;这一预测实现的最新里程碑是该公司发布了127量子位鹰处理器去年11月。路线图的第一次迭代以计划于2023年发布的1121个秃鹰处理器为顶峰，但现在该公司透露了计划在2024年推出名为火烈鸟的1386个量子比特处理器，并在2025年推出名为Kookaburra的4158个量子比特设备。

构建这些设备的关键将是一种新的模块化架构，在这种架构中，多个芯片连接在一起，形成一个单一的大型处理器。这将通过新的短程耦合器和低温微波电缆实现，前者允许相邻芯片上的量子位之间进行通信，后者允许不同处理器之间进行更远距离连接。

到2025年，笑翠鸟将拥有4158 +个量子比特。IBM

但是量子硬件很容易出错，而且极其复杂，所以简单地将大量量子比特连接在一起并不一定意味着你可以用它们做很多实际工作。IBM认为，利用这些额外量子比特的能力的关键将是一个“智能软件层”，它可以用经典工具来增强量子芯片，这些工具可以帮助管理噪声并增强它们的处理能力。

“我们相信经典资源真的可以增强你用量子做的事情，并最大限度地利用量子资源，”他说布雷克约翰逊IBM量子平台的领导者。“所以我们需要建立一个工具——如果你愿意的话，一个编排层——可以让量子计算和经典计算以无缝的方式一起工作。”

量子硬件最根本的挑战仍然是其固有的噪声，约翰逊说，“大量的研究活动”正在扩大规模error-mitigation技术。到目前为止，大多数创新只在较小的系统上进行了测试。但约翰逊说，早期的结果表明，一种被称为概率误差消除的方法将适用于IBM在其量子路线图终点所设想的那种大小的设备。该技术包括故意运行有噪声的量子电路来学习噪声的轮廓，然后在经典计算机上使用后处理来降低答案的错误水平。

不过，应用这些技术需要相当多的专业知识。这限制了技术对普通开发人员的用处。这就是为什么IBM计划从2024年起直接在Qiskit Runtime软件开发平台中构建错误缓解，这样用户就可以构建程序，而不必专门考虑如何减少噪音。约翰逊说:“我们希望这些东西对用户来说是自动的。“为了从量子计算中获得有意义的结果，你不应该非得成为量子控制专家。”

除了抑制错误之外，IBM还在计划新的软件工具，旨在加快用户应用程序的速度，帮助他们解决更大的问题。上个月，该公司发布了两个“原语”-执行核心量子操作的预定义基本程序，Qiskit运行时用户可以使用这些程序构建应用程序。从2023年开始，IBM将使这些原语在多个量子处理器上并行运行成为可能，极大地加快用户程序的速度。

IBM的雄心还包括让开发人员构建结合经典和量子元素的复杂程序。约翰逊说，这是因为许多开发人员希望将量子功能引入现有工作流程的特定部分，也因为它可以帮助解决量子硬件本身无法解决的更大问题。

这个量子经典混搭想法的核心是“电路编织”的概念。这是一种将量子计算问题分割成可以在多个处理器上并行运行的块的技术，然后再使用经典计算机将结果重新拼接在一起。在一个去年的概念验证IBM的研究人员表示，他们可以使用一种称为纠缠锻造的电路编织方法，将可以在给定数量的量子位上模拟的量子系统的大小扩大一倍。

到2025年，该公司计划推出一个电路编织方法工具箱，开发人员将能够使用它来构建能够充分利用经典和量子资源的算法。为了支持这一点，他们还将采用“无量子服务器”方法，在这种方法中，开发人员不需要考虑运行他们的代码需要什么硬件，并且根据需要自动提供量子或经典资源。

“无服务器模型允许开发人员专注于他们的代码，在需要时按需使用资源，并且可以访问各种基础设施资源，而无需成为基础设施本身的专家，”Johnson说。

该公司的路线图预测，到2025年，所有这些事情可能会结合在一起，让开发人员开始为机器学习、优化和物理模拟等领域开发成熟的应用程序。