IBM 最新的 156 量子位量子芯片的运行速度比其前身快 50 倍 - 适合科学研究

IBM 科学家表示，当与 Qiskit 软件工具结合使用时，156 量子位 R2 Heron 量子处理器可以执行 5,000 个双量子位门操作，是之前最好成绩的两倍，这意味着它已经为复杂的量子计算做好了准备。

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科学家表示，在 IBM 对其量子系统进行了重大硬件和软件改进后，IBM 最新的量子计算机现在功能强大，足以进行有用的科学研究。

新系统由两部分组成：一个名为 R2 IBM Heron 的新型 156 量子位量子处理单元 (QPU)（去年推出的第二代芯片）； Qiskit — 旨在优化量子计算性能的软件工具和算法的集合。

根据基准测试数据，新系统的任务执行速度比以前的速度快 50 倍。作为参考，在《自然》杂志上发表的 IBM 2023 年量子实用实验中，其当时最强大的量子计算机在基准测试中运行工作负载需要 122 小时。配备 R2 Heron QPU 的新系统仅花费了 2.4 小时。

IBM 代表在一份声明中表示，基于 IBM 遍布全球的数据中心的新型量子计算机可以解决材料、化学、生命科学、高能物理等领域的科学问题。

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IBM Quantum 副总裁 Jay Gambetta 表示：“IBM Quantum 硬件和 Qiskit 的进步使我们的用户能够构建新算法，将先进的量子和经典超级计算资源结合在一起，以结合各自的优势。” ，在声明中说。

下一代量子处理

R2 Heron QPU 配备了 156 个量子位，排列在重六边形晶格中，这是 IBM 用于所有量子处理器的拓扑结构。这使得系统能够可靠地执行多达 5,000 个双量子位门的量子电路，这几乎是 2023 年实用实验中 2,880 个双量子位门的两倍，由 127 量子位 Eagle QPU 提供支持。

两个量子位门对于释放量子计算机的指数能力至关重要——系统中安装的量子位越多，可以并行运行的计算就越多。单量子位门允许单个量子位旋转或翻转其状态，而成对量子位运行的双量子位门则利用量子力学定律来实现它们之间的纠缠。虽然单量子位门可以在基本层面上发挥作用，但利用两个量子位门可以使量子计算机执行更复杂的计算。

新型 R2 Heron 芯片还具有“两级系统缓解”功能，有助于减少量子位与其周围材料相互作用时受到的干扰的影响。该系统还受益于纠错软件改进，即使用 Qiskit 的张量误差网络缓解算法 (TEM)。

进一步的软件改进，包括推出最新一代运行时引擎、优化数据移动以及引入参数编译，意味着新系统可以以每秒 150,000 次电路层操作 (CLOPS) 的速度运行。相比之下，2022 年的基本性能仅为 950 CLOPS，而今年早些时候首次引入优化数据移动时，基本性能为 37,000 CLOPS。

以量子为中心的超级计算

IBM 代表声称，最新的发展成果体现了他们开发“以量子为中心”的超级计算机的愿景——将量子计算机和经典计算机结合起来，比仅使用量子计算机更快地实现可行的结果。 。

这是因为混合系统可以并行处理工作负载，通过将部分任务分配给最适合的系统的一半来分解复杂的算法。一旦这些块得到解决，软件层就会将问题无缝地重新拼接在一起。

以量子为中心的超级计算的一个例子是日本理化学研究所 (RIKEN) 的科学研究中心。 2023 年发表在 arXiv 预印本数据库上的一篇论文中概述了一种称为“量子选择构型相互作用”的方法，科学家们正在使用量子硬件来模拟硫化铁的电子结构.

RIKEN 的科学家还启动了一个项目，通过将世界上最快的超级计算机之一 Fugaku 与由 Heron QPU 驱动的本地 IBM System Two 量子计算机集成来构建量子高性能计算混合平台。