《全球量子计算动态观察》聚焦全球最强量子计算机“鱼鹰”

近日，美国IBM公司推出迄今为止全球最强大的433比特量子计算机 “鱼鹰”，同时宣布明年将发布1000比特量子计算机。
 

IBM 433-Qubit 芯片 “Osprey”  来源：IBMIBM研究主管Dario Gil表示：“IBM 仍有望推出超过1000个量子比特的量子计算机，为了进一步扩展，我们正在研究一种新方法，当我们突破Osprey芯片的尺寸极限时，其实它已经是非常大的系统了。明年，1000个量子比特系统将会更大，所以我们一直在设计基于模块化的量子计算机整机架构。”该模块化系统正是IBM Quantum System Two。中国量子计算专家解读

正在参与建设中国第一条量子芯片生产线的中科大博士贾志龙进行了分析研判：

(1) 对比上一代Eagle芯片，Osprey在芯片布局和连接架构上基本维持了一致，后者的横向尺寸比前者扩大到了3倍，量子比特数量也扩展到了3.4倍左右。量子芯片采取整片扩展而非模块化拼接，这意味着IBM掌握了更大尺寸的整片高品质量子比特芯片制造技术。

（2）目前IBM Q云平台上还没有将Osprey芯片上线供公众使用, 所以看不到细节的参数。不过从他们的宣传报告里可以看到Osprey芯片/芯片系统的两项宏观指标：QV 512，CLOPS 15K。相比他们之前性能最好的两款芯片27qubit-Falcon(QV 128，CLOPS 2K)和127qubit-Eagle(QV 64，CLOPS 850) 都有显著提升。可以看出他们在芯片的整体质量上实现了不小的改善，应该也有他们测控系统升级的功劳，因为通常这两项宏观指标是存在权衡和取舍的。

 

贾志龙表示：“量子芯片加工制造能力上，我们和国外的差距在拉大。量子芯片加工继承了集成电路制造技术。提升集成芯片自主生产制造能力，任重而道远，我们全力追赶。大规模量子芯片设计能力对工程化量子计算机也至关重要，这方面我们同样要紧跟国际巨头，目前我们研发了自主知识产权的QEDA软件“本源坤元”，还在不断更新迭代，以适应新的挑战。”在如何应对或者说在如何追赶这方面，贾志龙说道：“感受最直接的还是人才问题，需要有更多优秀的人才加入量子计算赛道。因为量子计算的愿景过于强大，中国必须要掌握这项技术，落后就要挨打已经成古训了。从当前国际形势看，别人做出来一定不会给我们用的，所以别想着买进口货了，我们只能靠自己做，并且是完全自主可控的国产整机。”

 

IBM透露，Quantum System Two系统的目标是在明年年底前上线，它将通过连接多个 Quantum System Twos成为“以量子为中心的超级计算”的构建模块，通过连接其中的三个系统，可以构建一个拥有多达16632个量子比特的系统。

不久前，IBM还推出了第三代量子测控系统，该系统很快就能以更低的成本控制单个机架中的400个量子比特，当然在性能指标方面也取得了突破，量子体积从128提高到512，效率上也得到了提高，每秒电路层操作(CLOPS) 从1.4k到15k 。

中国量子计算专家解读

研发出中国第一套量子计算机测控系统的中科大博士孔伟成表示：“IBM新推出的第三代测控系统，具有高集成度，高效率和低成本等特点。射频信号的生成采用了射频直出方案取代传统的二次变频或IQ混频，一块数模转换芯片即可直接输出量子芯片所需的射频信号。此方案无需射频模块，极大降低了成本，并提升系统的集成度。同时该系统在效率方面有近十倍的提升，将每秒线路层操作（CLOPS）从1.4K提升至15K。”

 

那么中国量子计算团队需要从哪些方面着手去应对这样的危机和挑战呢？孔伟成博士也给出了自己的建议：
 

（1）国内量子测控设备相比于IBM，苏黎世，是德科技等还有较大的差距。需要加大研发投入，努力提升运行提升效率、性能、集成化等关键指标。

（2）量子测控系统的研发应结合量子计算的实际需求，定制化的发展。一方面，过剩的性能会加大研发难度，并极大增加成本。另一方面，效率的提升需要结合应用场景定制。

（3）芯片是测控设备的核心。目前美国对中国的芯片禁运导致数模转换芯片、FPGA等核心芯片断供。关键芯片国产化是保证测控设备稳定生产的必然要求，同时国产芯片的发展也会推动测控设备的更新迭代。