2022年年底，IBM刷新了量子計算系統的紀錄，其處理器包含433個量子比特（量子信息處理的基本單位）。現在，該公司已經定下了一個更大的目標：一臺擁有10萬量子比特、計劃在10年內問世的機器。

IBM于近日宣布了這一消息。該公司將與東京大學和芝加哥大學合作，發起一項1億美元的計劃，推動量子計算進入大規模運行階段，該技術可能有潛力解決標準超級計算機無法解決的緊迫問題，或者至少現有超算無法單獨解決的問題。一個想法是10萬量子比特的量子計算機將與最好的“經典”超級計算機一起工作，在藥物發現、化工生產、電池性能和許多其他應用方面實現新的突破。“我稱之為以量子為中心的超級計算機。”IBM的量子業務副總裁杰伊·甘貝塔（Jay Gambetta）在一次現場采訪中說道。

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量子計算利用基本粒子的獨特特性來儲存和處理信息：電子、原子和小分子可以同時以多種能量狀態存在，這種現象被稱為疊加，粒子的狀態可以相互聯系或糾纏。這意味著信息可以以全新的方式進行編碼和操縱，為許多經典計算架構下不可能完成的計算任務打開了大門。

到目前為止，量子計算機還不能超越標準超級計算機。這在很大程度上是因為它們沒有足夠的量子比特，而且因為系統很容易被環境中的微小擾動破壞——物理學家稱之為噪聲。

研究人員一直在探索如何處理噪聲，但許多人預計，量子系統必須大幅擴展才能真正有用，這樣他們才能將大部分量子比特用于校正噪聲引起的誤差。

IBM并不是第一個有如此雄心的公司。谷歌表示，其目標是在21世紀末實現100萬個量子比特，盡管除開糾錯以外只有1萬個量子比特可用于計算。總部位于美國馬里蘭州的IonQ計劃在2028年前實現1024個“邏輯量子比特”的運算，每個邏輯量子比特將包括13個物理量子比特組成的糾錯電路。與谷歌一樣，總部位于美國帕洛阿爾托的PsiQuantum也計劃建造一臺百萬量子比特的量子計算機，但它沒有透露其時間線或糾錯要求。

由于這些要求，高調宣傳物理量子比特的數量有點轉移注意力的意味——它們是如何構建的技術細節至關重要，這些細節會影響它們對噪聲的彈性和操作易用性等因素。相關公司通常會提供額外的性能指標，如“量子量”和“算法量子比特”的數量。在未來十年，糾錯、量子比特性能和軟件主導的錯誤“緩解”方面的進步，以及不同類型量子比特之間的主要區別，將使這場競賽變得日漸白熱化。

甘貝塔表示，該行業還需要更多的“量子計算科學家”，對于創造機器的物理學家和希望設計并實現有用算法的開發人員之間的分歧，這些“量子計算科學家”可以起到彌合的作用。

在量子機器上運行的軟件也將是至關重要的。甘貝塔說：“我們希望盡快建立起這個行業，最好的方法是讓人們開發與我們的經典軟件庫類似的軟件。”

他表示，這就是為什么IBM在過去幾年里一直致力于向學術研究人員提供其系統的原因：IBM的量子處理器可以通過云使用定制的接口來工作，而這些接口只需要對量子計算的技術細節有最低的了解。他說，已經有大約2000篇關于使用該公司量子設備進行實驗的研究論文；“對我來說，這個跡象表明創新正在發生。”

這并不能保證為這個項目指定的1億美元將足以實現10萬量子比特的目標。“這肯定是有風險的。”甘貝塔說。

新加坡量子軟件開發商Horizon Quantum的CEO喬·菲茨西蒙斯（Joe Fitzsimons）對此表示贊同。他說：“這不太可能是一個一帆風順的旅程。”

但是，他補充道，這是一個必須承擔的風險：該行業必須面對失敗的恐懼，并努力克服大規模量子計算面臨的技術挑戰。菲茨西蒙斯說，IBM的計劃似乎是合理的，盡管有很多潛在的障礙。他說：“在這種規模下，控制系統將是一個限制因素，需要大幅發展，以合理有效的方式支持如此大量的量子比特。”

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