《全球量子計算動態(tài)觀察》聚焦全球最強量子計算機“魚鷹”

近日，美國IBM公司推出迄今為止全球最強大的433比特量子計算機 “魚鷹”，同時宣布明年將發(fā)布1000比特量子計算機。

IBM 433-Qubit 芯片 “Osprey”來源：IBMIBM研究主管Dario Gil表示：“IBM 仍有望推出超過1000個量子比特的量子計算機，為了進一步擴展，我們正在研究一種新方法，當我們突破Osprey芯片的尺寸極限時，其實它已經(jīng)是非常大的系統(tǒng)了。明年，1000個量子比特系統(tǒng)將會更大，所以我們一直在設計基于模塊化的量子計算機整機架構?！痹撃K化系統(tǒng)正是IBM Quantum System Two。中國量子計算專家解讀

正在參與建設中國第一條量子芯片生產(chǎn)線的中科大博士賈志龍進行了分析研判：

(1) 對比上一代Eagle芯片，Osprey在芯片布局和連接架構上基本維持了一致，后者的橫向尺寸比前者擴大到了3倍，量子比特數(shù)量也擴展到了3.4倍左右。量子芯片采取整片擴展而非模塊化拼接，這意味著IBM掌握了更大尺寸的整片高品質量子比特芯片制造技術。

（2）目前IBM Q云平臺上還沒有將Osprey芯片上線供公眾使用, 所以看不到細節(jié)的參數(shù)。不過從他們的宣傳報告里可以看到Osprey芯片/芯片系統(tǒng)的兩項宏觀指標：QV 512，CLOPS 15K。相比他們之前性能最好的兩款芯片27qubit-Falcon(QV 128，CLOPS 2K)和127qubit-Eagle(QV 64，CLOPS 850) 都有顯著提升?？梢钥闯鏊麄冊谛酒恼w質量上實現(xiàn)了不小的改善，應該也有他們測控系統(tǒng)升級的功勞，因為通常這兩項宏觀指標是存在權衡和取舍的。

賈志龍表示：“量子芯片加工制造能力上，我們和國外的差距在拉大。量子芯片加工繼承了集成電路制造技術。提升集成芯片自主生產(chǎn)制造能力，任重而道遠，我們?nèi)ψ汾s。大規(guī)模量子芯片設計能力對工程化量子計算機也至關重要，這方面我們同樣要緊跟國際巨頭，目前我們研發(fā)了自主知識產(chǎn)權的QEDA軟件“本源坤元”，還在不斷更新迭代，以適應新的挑戰(zhàn)。”在如何應對或者說在如何追趕這方面，賈志龍說道：“感受最直接的還是人才問題，需要有更多優(yōu)秀的人才加入量子計算賽道。因為量子計算的愿景過于強大，中國必須要掌握這項技術，落后就要挨打已經(jīng)成古訓了。從當前國際形勢看，別人做出來一定不會給我們用的，所以別想著買進口貨了，我們只能靠自己做，并且是完全自主可控的國產(chǎn)整機。”

IBM透露，Quantum System Two系統(tǒng)的目標是在明年年底前上線，它將通過連接多個 Quantum System Twos成為“以量子為中心的超級計算”的構建模塊，通過連接其中的三個系統(tǒng)，可以構建一個擁有多達16632個量子比特的系統(tǒng)。

不久前，IBM還推出了第三代量子測控系統(tǒng)，該系統(tǒng)很快就能以更低的成本控制單個機架中的400個量子比特，當然在性能指標方面也取得了突破，量子體積從128提高到512，效率上也得到了提高，每秒電路層操作(CLOPS) 從1.4k到15k 。

中國量子計算專家解讀

研發(fā)出中國第一套量子計算機測控系統(tǒng)的中科大博士孔偉成表示：“IBM新推出的第三代測控系統(tǒng)，具有高集成度，高效率和低成本等特點。射頻信號的生成采用了射頻直出方案取代傳統(tǒng)的二次變頻或IQ混頻，一塊數(shù)模轉換芯片即可直接輸出量子芯片所需的射頻信號。此方案無需射頻模塊，極大降低了成本，并提升系統(tǒng)的集成度。同時該系統(tǒng)在效率方面有近十倍的提升，將每秒線路層操作（CLOPS）從1.4K提升至15K。”

那么中國量子計算團隊需要從哪些方面著手去應對這樣的危機和挑戰(zhàn)呢？孔偉成博士也給出了自己的建議：

（1）國內(nèi)量子測控設備相比于IBM，蘇黎世，是德科技等還有較大的差距。需要加大研發(fā)投入，努力提升運行提升效率、性能、集成化等關鍵指標。

（2）量子測控系統(tǒng)的研發(fā)應結合量子計算的實際需求，定制化的發(fā)展。一方面，過剩的性能會加大研發(fā)難度，并極大增加成本。另一方面，效率的提升需要結合應用場景定制。

（3）芯片是測控設備的核心。目前美國對中國的芯片禁運導致數(shù)模轉換芯片、FPGA等核心芯片斷供。關鍵芯片國產(chǎn)化是保證測控設備穩(wěn)定生產(chǎn)的必然要求，同時國產(chǎn)芯片的發(fā)展也會推動測控設備的更新迭代。