在首次涉足量子计算 40 年后，IBM 已准备好将这项技术从实验室扩展到更实际的应用——比如超级计算！自2020 年发布之前的量子路线图以来，该公司已经实现了多个发展里程碑，包括使用量子电路的127 量子比特 Eagle 处理器和 Qiskit Runtime API。 IBM 周三宣布，它计划进一步扩大其量子野心，并修订了 2020 年路线图，其更高的目标是到 2025 年运营一个 4,000 量子位的系统。
在着手构建迄今为止最大的量子计算机之前，IBM 计划在今年晚些时候发布其 433 量子位 Osprey 芯片，并在 2023 年将Qiskit Runtime迁移到云端，“将无服务器方法引入核心量子软件堆栈”，周三的释放。这些产品将在当年晚些时候推出 Condor，这是一种量子芯片，IBM 称其为“世界上第一个拥有超过 1000 个量子比特的通用量子处理器”。
量子体积（处理器中包含的量子比特数量）的这种快速四倍跳跃将使用户能够运行越来越长的量子电路，同时提高处理速度——以 CLOPS（每秒电路层操作数）为单位——从最大值2,900 OPS 到超过 10,000。然后，只需在不到 24 个月的时间内将该容量翻两番就很简单了。
为此，IBM 计划首先让多组处理器以并行和串行方式相互通信。这应该有助于开发更好的错误缓解方案并改善处理器之间的协调，这两者都是未来实用量子计算机的必要组成部分。之后，IBM 将设计和部署芯片级耦合器，“将多个芯片紧密连接在一起，有效地形成一个更大的处理器”，然后构建量子通信链路，将这些更大的多处理器连接在一起，形成甚至更大的集群——本质上是将越来越大的处理器块以菊花链形式连接在一起，直到它们形成一个功能强大的模块化 4,000 量子位计算平台。
“随着量子计算的成熟，我们开始将自己视为不仅仅是量子硬件，”IBM 研究员 Jay Gambetta 周三写道。 “我们正在构建下一代计算。为了从我们世界领先的硬件中受益，我们需要开发能够利用它的软件和基础设施。”
因此，IBM 在今年早些时候发布了一套现成的原始程序，“预先构建的程序允许开发人员轻松访问量子计算的输出，而无需对硬件有复杂的了解”。 IBM 打算在 2023 年扩展该程序集，使开发人员能够在并行量子处理器上运行它们。 “我们还计划通过低级编译和后处理方法来提高原始性能，例如引入错误抑制和缓解工具，”Gambetta 说。 “这些高级原语将允许算法开发人员将 Qiskit 运行时服务用作 API，用于结合量子电路和经典例程来构建量子工作流程。”
这些工作流程将处理一个给定的问题，将其分解为更小的量子程序和经典程序，根据哪个更有效，以并行或串行方式细化这些过程，然后使用编排层“电路缝合”所有这些不同的数据流回到经典计算机可以理解的连贯结果。 IBM 将其专有的拼接基础设施称为 Quantum Serverless，并且根据新的路线图，将在 2023 年将该功能部署到其核心量子软件堆栈。
“我们认为，到明年，我们将开始为希望使用 Qiskit Runtime 和 Quantum Serverless 解决特定用例的用户设计量子软件应用程序原型，”Gambetta 说。我们将通过我们的第一个测试案例——机器学习——开始定义这些服务，并与合作伙伴一起加速走向有用的量子软件应用程序的道路。到 2025 年，我们认为模型开发人员将能够探索机器学习、优化、金融、自然科学等领域的量子应用。”
“多年来，以 CPU 为中心的超级计算机是社会的处理主力，IBM 是这些系统的主要开发商，”他继续说道。 “在过去的几年里，我们看到了以人工智能为中心的超级计算机的出现，其中 CPU 和 GPU 在巨型系统中协同工作，以解决人工智能繁重的工作负载。现在，IBM 正在迎来以量子为中心的超级计算机时代，量子资源——QPU——将与 CPU 和 GPU 一起编织成一个计算结构。我们认为，以量子为中心的超级计算机将成为那些解决最棘手问题、进行最具开创性研究以及开发最尖端技术的人的基本技术。”
这些硬件和软件系统一起将成为IBM Quantum System 2 ，第一个原型计划在明年某个时候投入使用。