2022年年底，IBM刷新了量子计算系统的纪录，其处理器包含433个量子比特（量子信息处理的基本单位）。现在，该公司已经定下了一个更大的目标：一台拥有10万量子比特、计划在10年内问世的机器。

IBM于近日宣布了这一消息。该公司将与东京大学和芝加哥大学合作，发起一项1亿美元的计划，推动量子计算进入大规模运行阶段，该技术可能有潜力解决标准超级计算机无法解决的紧迫问题，或者至少现有超算无法单独解决的问题。一个想法是10万量子比特的量子计算机将与最好的“经典”超级计算机一起工作，在药物发现、化工生产、电池性能和许多其他应用方面实现新的突破。“我称之为以量子为中心的超级计算机。”IBM的量子业务副总裁杰伊·甘贝塔（Jay Gambetta）在一次现场采访中说道。

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量子计算利用基本粒子的独特特性来储存和处理信息：电子、原子和小分子可以同时以多种能量状态存在，这种现象被称为叠加，粒子的状态可以相互联系或纠缠。这意味着信息可以以全新的方式进行编码和操纵，为许多经典计算架构下不可能完成的计算任务打开了大门。

到目前为止，量子计算机还不能超越标准超级计算机。这在很大程度上是因为它们没有足够的量子比特，而且因为系统很容易被环境中的微小扰动破坏——物理学家称之为噪声。

研究人员一直在探索如何处理噪声，但许多人预计，量子系统必须大幅扩展才能真正有用，这样他们才能将大部分量子比特用于校正噪声引起的误差。

IBM并不是第一个有如此雄心的公司。谷歌表示，其目标是在21世纪末实现100万个量子比特，尽管除开纠错以外只有1万个量子比特可用于计算。总部位于美国马里兰州的IonQ计划在2028年前实现1024个“逻辑量子比特”的运算，每个逻辑量子比特将包括13个物理量子比特组成的纠错电路。与谷歌一样，总部位于美国帕洛阿尔托的PsiQuantum也计划建造一台百万量子比特的量子计算机，但它没有透露其时间线或纠错要求。

由于这些要求，高调宣传物理量子比特的数量有点转移注意力的意味——它们是如何构建的技术细节至关重要，这些细节会影响它们对噪声的弹性和操作易用性等因素。相关公司通常会提供额外的性能指标，如“量子量”和“算法量子比特”的数量。在未来十年，纠错、量子比特性能和软件主导的错误“缓解”方面的进步，以及不同类型量子比特之间的主要区别，将使这场竞赛变得日渐白热化。

甘贝塔表示，该行业还需要更多的“量子计算科学家”，对于创造机器的物理学家和希望设计并实现有用算法的开发人员之间的分歧，这些“量子计算科学家”可以起到弥合的作用。

在量子机器上运行的软件也将是至关重要的。甘贝塔说：“我们希望尽快建立起这个行业，最好的方法是让人们开发与我们的经典软件库类似的软件。”

他表示，这就是为什么IBM在过去几年里一直致力于向学术研究人员提供其系统的原因：IBM的量子处理器可以通过云使用定制的接口来工作，而这些接口只需要对量子计算的技术细节有最低的了解。他说，已经有大约2000篇关于使用该公司量子设备进行实验的研究论文；“对我来说，这个迹象表明创新正在发生。”

这并不能保证为这个项目指定的1亿美元将足以实现10万量子比特的目标。“这肯定是有风险的。”甘贝塔说。

新加坡量子软件开发商Horizon Quantum的CEO乔·菲茨西蒙斯（Joe Fitzsimons）对此表示赞同。他说：“这不太可能是一个一帆风顺的旅程。”

但是，他补充道，这是一个必须承担的风险：该行业必须面对失败的恐惧，并努力克服大规模量子计算面临的技术挑战。菲茨西蒙斯说，IBM的计划似乎是合理的，尽管有很多潜在的障碍。他说：“在这种规模下，控制系统将是一个限制因素，需要大幅发展，以合理有效的方式支持如此大量的量子比特。”

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