IBM 刚刚发布了首个 1000 量子比特的量子芯片

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IBM 最近发布了超过 1000 量子比特的首台量子计算机，这在普通电脑的数字比特中简直是个划时代的进步。但公司表示，接下来将转变重心，专注于提高机器的抗错误能力，而不再追求增大其规模。

多年来，IBM 按照一条量子计算路线图稳步前进，大约每年量子比特数翻一番。12月4日公布的这款芯片名为“秃鹰”，拥有1121个超导量子比特，以蜂窝状排列。它继承了之前创纪录的鸟类命名系列，包括2021年的127量子比特芯片和去年的433量子比特芯片。

量子计算机承诺实现传统计算机难以触及的某些计算。它们通过利用唯有量子特有的现象，如纠缠和叠加，使多个量子比特同时处于多种集体状态，来实现这一目标。

但这些量子状态也非常不稳定，容易出错。物理学家们试图通过促使几个物理量子比特——例如在超导电路或单个离子中编码的量子比特——共同工作，代表一个信息量子比特，即“逻辑量子比特”。

作为新战略的一部分，该公司还推出了一款名为“苍鹭”的芯片，拥有133个量子比特，但错误率创纪录地低，比它之前的量子处理器低了三倍。

研究人员普遍认为，最先进的错误纠正技术将需要超过1000个物理量子比特来支持一个逻辑量子比特。然后，一个能进行有用计算的机器需要拥有数百万个物理量子比特。

但近几个月来，物理学家对一种叫做量子低密度奇偶校验（qLDPC）的替代错误纠正方案感到兴奋。根据IBM研究人员的预印本，这种方法有望将所需量子比特数减少10倍甚至更多。公司表示，现在将专注于制造旨在仅用大约400个物理量子比特就能容纳几个经qLDPC纠正的量子比特的芯片，并将这些芯片网络化。

哈佛大学物理学家Mikhail Lukin表示，IBM的预印本是“出色的理论工作”。但他也说，用超导量子比特实现这一方案极具挑战性，可能需要数年时间才能进行初步的概念验证实验。Lukin及其合作者进行了类似的研究，探讨使用单个原子而非超导环来实现qLDPC。

qLDPC技术的难点在于，它要求每个量子比特至少直接连接六个其他量子比特。在典型的超导芯片中，每个量子比特只连接两个或三个邻居。但IBM量子的首席技术官、位于纽约约克镇高地的IBM Thomas J. Watson研究中心的凝聚态物理学家Oliver Dial表示，公司有一个计划：它将在量子芯片的设计中增加一层，以实现qLDPC方案所需的额外连接。

IBM今天公布的新量子研究路线图预计到本世纪末将实现有用的计算——例如模拟催化剂分子的工作。“这一直是我们的梦想，也一直是一个遥远的梦想，” Dial说。“能够看到从我们今天所处的位置到达那里的路径，对我来说是巨大的。”

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