IBM 日前宣布將打造全球第一台大規模容錯量子電腦IBM Quantum Starling (代號:椋鳥),朝向可落地、可擴展的量子運算邁出重要的一步。IBM 已在全球運行數量可觀的量子電腦;此次公布最新量子運算發展計畫,顯示其研發實用級容錯量子電腦的企圖心。
IBM Quantum Starling 預計於 2029 年在美國紐約州Poughkeepsie的全新IBM量子資料中心完成研發上線,其運算能力將比現今的量子電腦高出 2萬倍。要達到IBM Quantum Starling的運算狀態,需要超過1048(10萬億億億億)台目前最強大超級電腦的記憶體。藉助IBM Quantum Starling的能力,使用者有望突破當前量子電腦的性能限制,充分探索其量子態的複雜性。
IBM 董事長、執行長 Arvind Krishna 表示,IBM 正在開拓量子運算的下一個尖端領域。我們在數學、物理和工程方面的專業知識,正在為大規模容錯量子電腦鋪平道路 — 它不僅將解決現實世界的挑戰,更要實現極為可觀的潛在商業價值。
具有數百或數千個邏輯量子比特(logical qubit)的大規模容錯量子電腦,可以運行數億到數十億次運算,加速藥物開發、材料發現、化學和優化等工作,並顯著提升成本效率。
IBM Quantum Starling 將使用 200 個邏輯量子比特進行1 億次量子運算,以此獲得解決上述問題所需要的運算能力,將成為下一代量子電腦IBM Quantum Blue Jay (代號:藍樫鳥)的基礎;後者可能使用2,000 個邏輯量子比特進行10 億次量子運算。
邏輯量子比特是容錯量子電腦的一個單元,負責儲存一個量子比特的量子資訊。一個邏輯量子比特由多個物理量子比特(physical qubit)組成,後者協同工作以儲存量子資訊,並相互監控錯誤。
與傳統電腦相同,量子電腦需要容錯才能無障礙地運行大量工作負載。為此,研究人員使用物理量子比特集群,來創建比底層物理量子比特數量更少、錯誤率更低的邏輯量子比特。隨著集群規模擴大,邏輯量子比特的錯誤率呈指數級下降,以便執行更大規模的運算。
使用盡可能少的物理量子比特,建立更多的邏輯量子比特來運行量子電路,這對於實現規模化的量子運算十分重要。然而直到今天,研究人員尚未找到有效的途徑,研發一個無需耗費巨量工程費用的容錯系統。