IBM 为容错量子计算机推出新型模块化低温系统

计算巨头 IBM 推出了其首款模块化低温量子冰箱，该设备可以连接起来创建一个能够处理数百个量子芯片的单一冷却环境。该低温系统能够降温至 15 milliKelvin 以下，是 IBM 努力在 2029 年发布其大规模容错量子计算机过程中的一个重要里程碑。

量子计算机被视为计算的下一个前沿，有望在当今最快超级计算机所需时间的一小部分内完成大规模计算。与使用只能存储 0 或 1 的二进制位的硅基计算机不同，量子计算机使用量子比特，它可以存储 0 到 1 之间的多个值并进行并行计算，从而成倍地提高其计算能力。

量子比特（或称 qubits）通常在极低温度下工作，接近绝对零度。实现这一目标是一个挑战，但研究人员已经使用被称为稀释制冷机的多级设备完善了这一技术。量子比特在温度极低的腔室内运行，但制冷和计算基础设施的复杂架构使得构建大规模量子计算机变得困难。

IBM 如何解决这个问题

IBM 对其现有的低温系统进行了重大的设计更改，转向矩形外形。这一变化旨在实现读出和控制线路的更密集集成，并简化相邻单元之间的耦合，从而为量子处理器提供更多空间。

这种设计上的改变还旨在分离组件和子系统，以便将来可以对它们进行独立优化，即使在线路、制冷和量子设备的密度增加的情况下也是如此。

在最近的一次演示中， IBM 将其新型低温量子制冷系统的两个运行模块组合在一起，并展示了它们如何协同工作，在不到 five 天的时间内降温至 4 Kelvin，并在此后不久达到低于 15 milliKelvin 的最终温度。

这些温度比深空还要冷 180 倍，而且该模块提供的线路空间仍比 IBM 系统的先前迭代版本多出 12 倍，从而促进了模块内外更多的芯片到芯片连接。

容错量子计算机

这些模块高逾 eight 英尺 (2.4 m)，宽 eight 英尺，还采用了 IBM 的 L-coupler 技术直接与量子处理器连接。该技术允许多个 量子芯片 进行通信、共享信息并作为更大规模量子计算机的一部分共同运行。

L-coupler 技术是 IBM 量子路线图的关键，因为其目标是到 2027 年构建一台拥有至少 1,000 个可编程量子比特的更大规模量子计算机。为了实现这一目标， IBM 将于今年晚些时候将 NightHawk 量子处理器安装到这些新的低温模块中，并开始运行测试。

按照计划， IBM 打算在 2029 年之前发布大规模量子计算机，并在每个此类低温模块中容纳数千个量子比特。

“将容错量子计算机带入各行各业取决于几项根本性的进展，”IBM 研究院院长 Jay Gambetta 在分享给 Interesting Engineering 的一份新闻稿中表示。

“这些低温模块的成功连接和运行标志着向该方向迈出了一大步，并将随着量子硬件、软件和算法的持续创新加速我们的进步。”

除了硬件之外， IBM 还专注于容错量子计算机所需的软件。去年，该公司发布了一个 新的纠错码，可减少实现容错所需的物理资源，该新闻稿补充道。