近日，據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道，美國(guó) IBM 公司與日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所（AIST）即將宣布一項(xiàng)合作，聯(lián)合開發(fā)下一代量子計(jì)算機(jī)。

（來源：IBM 官網(wǎng)）

據(jù)悉，雙方的目標(biāo)是開發(fā)擁有 10000 個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)。作為對(duì)比，目前 IBM 開發(fā)出的較為先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)擁有 133 個(gè)量子比特，而擁有 10000 個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)性能是其 75 倍之多。

另外，由于量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要在接近絕對(duì)零度的極低溫度下才能保證穩(wěn)定運(yùn)行，因此，雙方還將聯(lián)合開發(fā)下一代量子計(jì)算機(jī)所需的能夠承受接近絕對(duì)零度極端低溫的半導(dǎo)體和超導(dǎo)集成電路，以確保量子計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。

IBM 和 AIST 預(yù)計(jì)在未來數(shù)天內(nèi)簽署諒解備忘錄（MOU）并宣布此次合作項(xiàng)目，預(yù)計(jì)新開發(fā)的下一代量子計(jì)算機(jī)需要等到 2029 年才能正式投入使用。

需要注意的是，這個(gè)項(xiàng)目也是 IBM 公司首次與國(guó)外研究機(jī)構(gòu)在量子計(jì)算領(lǐng)域開展的大規(guī)模合作。

除此之外，該報(bào)道還指出，IBM 計(jì)劃在 2025 年開始銷售其開發(fā)的擁有 1000 余個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)，屆時(shí)，日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所將聯(lián)合 IBM 培訓(xùn)日本公司（比如制藥公司）使用量子計(jì)算機(jī)，以推動(dòng)量子技術(shù)的普及和應(yīng)用。

（來源：Pixabay）

量子計(jì)算機(jī)是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的設(shè)備裝置，與傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)類似，量子計(jì)算機(jī)也由硬件和軟件構(gòu)成，硬件方面涵蓋量子晶體管、量子存儲(chǔ)器、量子效應(yīng)器等；軟件方面則包括量子算法、量子編碼等。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)基于二進(jìn)制位進(jìn)行計(jì)算，而在量子計(jì)算中量子信息處理的基本單位是量子比特（Qubit），而量子比特可以通過多種技術(shù)構(gòu)建，比如超導(dǎo)集成電路、離子阱、光子等。

區(qū)別于傳統(tǒng)計(jì)算中只能取 0 或 1 中的一個(gè)值，作為量子計(jì)算機(jī)的基本單元，量子比特可以同時(shí)處于 0 和 1 的疊加態(tài)，量子比特的數(shù)量和質(zhì)量決定了量子計(jì)算機(jī)的性能和穩(wěn)定性。

很大程度上，通過量子比特的多少可以粗略評(píng)估一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的性能，隨著量子比特?cái)?shù)量的增加，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

量子計(jì)算機(jī)以其獨(dú)特的計(jì)算方式，在藥物發(fā)現(xiàn)、材料開發(fā)、物流優(yōu)化、微觀模擬等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。量子計(jì)算機(jī)利用量子比特進(jìn)行計(jì)算，能夠同時(shí)處理多種可能性，可以實(shí)現(xiàn)高效的并行計(jì)算，因此在解決諸如因子分解、數(shù)據(jù)庫搜索等某些特定復(fù)雜問題方面，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)，還可以通過量子近似優(yōu)化算法（QAOA）在極短時(shí)間內(nèi)找到全局最優(yōu)解，大幅提高效率和準(zhǔn)確性，

以當(dāng)前火熱的 AI 為例，傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法通常需要大量的計(jì)算資源來訓(xùn)練和優(yōu)化模型，而量子計(jì)算機(jī)則可以通過量子并行性和量子態(tài)的干涉性質(zhì)來加速算法訓(xùn)練過程，并提高模型性能。值得一提的是，借助量子計(jì)算機(jī)還可以構(gòu)建“量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”等新型 AI 模型，具有更快的計(jì)算速度和更高的并行度，在大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化中發(fā)揮強(qiáng)大作用。

就目前而言，量子計(jì)算機(jī)仍處于初期發(fā)展階段，以 IBM 開發(fā)的 133 個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)為例，盡管 IBM 強(qiáng)調(diào)這些量子比特具有“最高的質(zhì)量”，但其計(jì)算過程中仍然會(huì)不可避免地出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此在實(shí)際使用中通常需要借助超級(jí)計(jì)算機(jī)來彌補(bǔ)計(jì)算錯(cuò)誤，而新開發(fā)的 10000 個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)有望“精準(zhǔn)無誤”地進(jìn)行高級(jí)組合計(jì)算，因此有望無需借助超級(jí)計(jì)算機(jī)而獨(dú)立使用。

對(duì)此，有業(yè)內(nèi)人士指出，“在硬件層面，量子計(jì)算機(jī)需要達(dá)到 20000 至 30000 個(gè)量子比特水平才能夠投入商業(yè)使用�！�

不可否認(rèn)的是，作為一種新興的計(jì)算技術(shù)，量子計(jì)算機(jī)在一些特定領(lǐng)域的性能足以“碾壓”傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)，展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值，然而，由于其復(fù)雜的物理特性和嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境，量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)進(jìn)程也是步履維艱。

作為全球科技巨頭，IBM 在量子計(jì)算領(lǐng)域走在世界前沿，此前曾多次刷新全球量子比特?cái)?shù)量的記錄。比如，2021 年，IBM 推出了創(chuàng)紀(jì)錄的擁有 127 個(gè)量子比特量子計(jì)算機(jī)；2022 年底，IBM 又推出了擁有 433 個(gè)量子比特的“魚鷹”（Osprey）創(chuàng)下了最大量子計(jì)算系統(tǒng)的紀(jì)錄；2023 底，IBM 發(fā)布了擁有 1121 個(gè)量子比特的“禿鷹”（Condor）。除了 IBM，其他包括英特爾、谷歌、微軟等科技巨頭們也都在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域開展探索。

比如，谷歌直接劍指“百萬量子比特”，其目標(biāo)是開發(fā)出具有 100 萬個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)，而為了實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)，谷歌計(jì)劃通過把 1000 個(gè)量子比特束縛到一起構(gòu)建“邏輯量子比特”的方式來實(shí)現(xiàn)。

據(jù)了解，去年 3 月，日本理化學(xué)研究所開發(fā)的首臺(tái)國(guó)產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)正式投入使用，一些高校和研究機(jī)構(gòu)等可以借助云端使用這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。

該量子計(jì)算機(jī)擁有 64 個(gè)量子比特，與美國(guó) IBM、谷歌等公司所使用的技術(shù)類似，也是采用在極低溫下電阻為零的超導(dǎo)集成電路制備的量子比特。

參考資料：

1.https://asia.nikkei.com/Business/Technology/IBM-and-Japan-institute-team-up-to-develop-next-gen-quantum-computer

2.https://newsroom.ibm.com/2023-12-04-IBM-Debuts-Next-Generation-Quantum-Processor-IBM-Quantum-System-Two,-Extends-Roadmap-to-Advance-Era-of-Quantum-Utility?mhsrc=ibmsearch_a&mhq=quantum