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電腦和人工智慧（artificial intelligence, AI）技術領導者IBM在上（12）月4日推出一款新型量子運算晶片和機器，能建構出比傳統矽基電腦更強大、更快的系統模組。IBM在過去的研究中，曾首度證明他們擁有能夠在100個量子位元（qubits）與3000個量子閘（quantum gates）的規模下，運行量子電路（quantum circuits）的軟體與硬體設備。這項研究進展顯示量子在現階段已成為一種運算工具，這項工具未來將能用來推進除了量子電腦以外的科學發展。
 
歷經四年的研究，IBM在ibm_torino量子系統上推出了名為「Heron」的首款量子運算晶片。Heron具有133個固定頻率的量子位元和可調諧的耦合器，相較於IBM先前發表過具有127個量子位元的Eagle處理器，Heron的設備性能提高了3∼5倍，且幾乎消除了訊號之間的串擾（cross-talk）。藉由Heron，IBM也開發出一種量子位元和量子閘技術，這些技術將有望成為團隊未來建構硬體的基礎。
 
除了Herorn外，IBM也推出量子運算系統「Quantum System Two」，目前已在IBM位於紐約的實驗室中實際運作。Quantum System Two高約3.7公尺、寬約6.7公尺，並搭載了三個Herorn量子運算晶片；此外，它也結合低溫基礎設施與第三代控制電子設備、伺服器執行系統，可望能實現以量子為中心的超級運算。
 
為了進一步改善此系統執行多個獨立作業時的處理量，IBM也引入了一種新的執行模式，將使執行效率提高五倍。此外，IBM推出了一個用於描述量子程式結構的設計模板「Qiskit Patterns」，能作為大規模構建量子演算法和應用程式的邏輯框架。透過Qiskit Patterns提供的可組合性、容器化（containerization，又稱作業系統層級虛擬化）、抽象化（abstraction），使用者可以從一組基礎的構建組塊無縫地創建出量子演算法和應用程序，並使用異構計算（heterogeneous computing）的基礎設施（例如Quantum Serverless）執行這些模式。企業將可針對現有工作流程進行定向量子加速，Qiskit Patterns可以將現有的工作流程改造，利用量子計算提升運算上的效率。而為了簡化量子開發的流程，IBM也透過AI平臺「IBM watsonx」使用生成式AI進行量子程式設計，Watsonx讓生成式AI能自動開發Qiskit的量子程式碼。
 
為了實現以量子為中心的運算革命，IBM已將產業規劃擴展至2033年，目標是在十年內啟動量子創新，該規劃的關注重點在於處理器，並期望能改善系統能夠執行的量子閘數量。Heron預計在今（2024）年達到5000個量子閘的目標，以此為起點，IBM規劃了多代處理器，每代處理器都將改進品質以實現愈來愈多的量子閘數。在2029年，IBM預計透過Starling處理器，在200個量子位元上執行一億個量子閘，並採用基於新型Gross程式碼的糾錯程序。
 
未來，IBM也將持續精進量子技術，並針對量子安全做出努力。

（Adobe Stock）

 
新聞來源
Gambetta, J. (4 Dec 2023). The hardware and software for the era of quantum utility is here. IBM, https://www.ibm.com/quantum/blog/quantum-roadmap-2033.