导读

作为一个历史悠久的科技巨头，IBM公司正致力于打造更加实用，甚至可商用的通用量子计算机，在此过程中结合了云计算和软件等多种技术，并且建立起量子计算的云平台以及生态系统。本文旨在带大家一起观察一下IBM在量子计算方面的规划和进展。

关键字

通用量子计算机、量子位、量子处理器

时下，量子计算机作为一项前沿创新技术正备受各界关注。前几天，笔者在《声子计算机：计算机技术未来发展的新希望！》一文中，再次为大家解释了量子位的概念，也说明了相对于经典计算机，量子计算机强有力的并行计算能力，可以带来新的希望，解决经典计算机无法企及的问题。

众所周知，世界各国的各大科技公司和科研机构，都在争相研发量子计算机，抢占量子计算这一战略高地。然而，John 今天要带大家重点关注一家历史十分悠久的科技巨头：IBM公司，看看IBM在量子计算机的开发方面，是如何进行规划的，以及取得了哪些进展。

“Quantum Experience”

首先，我们从IBM去年开发的量子计算平台聊起。2016年5月份，笔者曾在《IBM量子计算平台和云端量子处理器》一文中，介绍过IBM开发的一款基于云的量子计算平台：“Quantum Experience”。要详细了解，请大家参考前面的文章，这里为了简明扼要，笔者提取出以下几个值得关注的重点：

• 具有5个量子位的超导量子计算处理器，这代表了当时IBM量子构架研究的最新成果，并且可扩展至更大规模的量子系统。

（图片来源于：IBM研究院）

• 量子纠错能力，将量子位封装到晶格型结构中，实现奇偶校验位检测，从而保证量子计算的准确性。

• 基于IBM云平台的开放式体验系统，用户可以通过云轻松连接量子硬件，操作量子位，运行算法，进行教学和模拟实验，从而形成一个基于量子计算的、开放的用户社区。这样不仅可以激发普通爱好者的兴趣，也促进了科研人员的科学研究和科技创新。

（图片来源于：IBM研究院）

从以上提及的几点重要进展中，我们可以思考一下，量子计算机的研发和发展呈现出何种趋势和特点？我简单分析如下：

主要是量子位越来越多、纠错能力越来越强、以及打造更加开放式的社区和体验系统，形成庞大的生态链。当然，最重要的一点，就是打造可商用的“通用量子计算机”。

那么，我们不禁要问什么是通用量子计算机呢？

首先，大家可以看笔者在《可编程配置的“囚禁离子”：让通用量子计算机离现实更近》和《通用量子计算机领域的重要进展：“小型化量子位”技术》对于通用量子计算机的概念做过一些介绍，并且还介绍了科学界为实现通用量子计算机所取得的一些进展。

为了帮助大家理解，我首先简单解释一下通用计算机的概念：

现在，不少量子计算机都号称具有强大的计算能力，但是这些量子计算机往往受限于实验室环境，并且也只能运行一些特 46 31933 46 14986 0 0 1068 0 0:00:29 0:00:14 0:00:15 3176算法，无法到达可随意运行“任意算法”的效果。简单一点说，量子计算机无法像目前的经典计算机一样，运行任意程序，所以其运算速度优势无法真正展示出来。

然而，要打造真正的通用量子计算机，还需要战胜种种挑战，例如：实现更多的量子位、克服温度和环境因素影响、量子纠错能力、量子位小型化、低成本化等等。所以，IBM等各大公司和科研机构都在积极探索，笔者也将继续关注相关进展。

（图片来源于：IBM研究院）

“IBM Q”量子系统

接下来，我们将视线转回IBM公司。在今年3月份，IBM公司在业界首先倡议构建可商用的通用量子计算机系统，并将新系统命名为“IBM Q”量子系统。它是在IBM Quantum Experience 平台的基础上，通过IBM云平台为广大用户提供相关服务。

（图片来源于：IBM研究院）

虽然，目前IBM也曾研发出 Waston 这样的经典计算机平台，它也可以提供强有力的大数据分析。然而，当实际问题涉及的数据达到十分庞大级别后，经典计算机将无法应对此类问题。此时，量子计算机平台将可以发挥其独特的作用。

例如，目前自然界的许多问题对于经典计算机来说，都是指数级的，十分复杂，难以处理。然而，量子计算应用的一个最好的例子，便是在化学领域。即使对于最简单的分子，例如咖啡因，分子中的量子状态的个数也很多，所以依靠传统计算机的存储器和处理能力，根本无法应对此类问题。然而，IBM的科学家们利用量子处理器和IBM Q 系统，却能够有效地处理此类化学相关的问题。

（图片来源于：IBM研究院）

在开发新系统后，IBM不忘对于老系统 “Quantum Experience” 平台进行升级。为了让更多人参与进来，甚至包括没有量子力学背景知识的朋友，IBM发布了新API，让开发人员和程序员可构造量子计算机与经典计算机之间的接口。另外，IBM还发布了一个新模拟器，可为20个量子位的电路建模。2017年上半年，IBM还将发布关于“Quantum Experience”的完整SDK （软件开发包），让用户可以构建简单的量子应用程序和软件程序。

然而，IBM打造IBM Q系统的主要是为了拓展量子计算的应用领域，然而其中一个关键的度量标准就是：量子体积 “Quantum Volume”，它包括：量子位个数、量子操作的质量，量子位的连接性和平行度。

（图片来源于：IBM研究院）

为什么会出现量子体积这样的概念？

这是因为量子处理器解决实际问题的能力，不仅仅取决于量子位的个数，还和量子位的质量相关，也就是量子位之间如何“交谈”，以及最小化量子错误发生的概率。为此，IBM提出了一个新的度量指标：量子体积。

此外，IBM还计划整合各方面资源，例如半导体、软件、云计算、数学等方面，进一步推进量子计算机走向通用化，最终走向商业化。同时，IBM 还与开发人员、程序员、科研院所、工业伙伴展开各种合作，进一步打造 IBM Q 生态系统。

两款最新量子处理器

IBM Q系统对于科学研究、大学教学、以及一些列相关领域产生了巨大的促进作用。目前为止，用户在IBM云平台上已经进行了超过300,000个量子实验。

昨天，IBM又带来了令人惊喜的好消息：他们又介绍了两款新的量子处理器，带来了更加强大量子计算能力，为解决商业和科学中遇到的实际问题奠定了基础。

（图片来源于：IBM研究院）

这两款处理器的情况如下：

• 16个量子位的处理器，让开发人员、程序员和研究人员可以访问它，运行量子算法，利用单个量子位工作，开发教程和模拟仿真。

• 17个量子位的商用处理器原型，在材料、元器件和架构方面都有了很多进步，可以说是目前为此，IBM所构建的最强大的量子处理器。它比目前IBM云平台上的公布的处理器要强大两倍以上，并将成为IBM Q早期商用系统的基础。
  

量子计算的应用领域

对于量子计算的应用领域，之前笔者也做过很多介绍，我们今天来看看IBM的说法，量子计算的应用领域将包括：

• 药物和材料开发，降低分子和化学作用研究的复杂性，发现新型药物和材料。

• 供应链和物流，寻找全球系统的优化路径，用于超高效的供应链和物流，例如优化节假日的物流车队的配送服务。

• 金融服务，寻找建模金融数据的新途径，和隔离关键的风险因素，从而进行更好的投资。

• 人工智能，当数据变得很大时，例如搜索图片和视频，让人工智能的机器学习更加强有力。

• 云安全，让云计算更加安全，通过量子加密提高隐私数据的安全性。

未来

在这两款具有16和17个量子位的量子处理器成功发布后，IBM未来还计划将量子位的个数增加到50个甚至更多，带来更强大、更通用的量子计算系统，帮助我们解决实科研和商业实践中，遇到的各种极其复杂的问题，这些问题依靠经典计算机无法单独完成的。

量子计算技术走向商业化，是这项技术发展日趋成熟的标志。未来，可商用的通用量子计算技术，对于科技市场和科技产业的影响，必将是深远的。

参考资料

【1】http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/52403.wss

【2】https://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/51740.wss

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