来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）
编译自IEEE
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现在，IBM 量子计算路线图的更新表明，该公司正准备在2025年之前建造一台 4,000量子比特的机器。但要让该设备做任何有用的事情，就需要开发一个强大的新软件堆栈来帮助管理错误，与经典硬件分担负载，简化编程过程。
自 IBM 于 2020 年首次公布其量子硬件计划以来，该公司在很大程度上遵守了时间表。该预测实现的最新里程碑是该公司去年 11 月发布的127 量子比特 Eagle 处理器。路线图的第一次迭代以计划于 2023 年发布的 1,121 位 Condor 处理器结束，但现在该公司已透露计划于 2024 年推出一款名为 Flamingo 的 1,386 量子位处理器和一款名为 Kookaburra 的4,158 量子位设备将于 2025 年首次亮相。
构建这些设备的关键将是一个新的模块化架构，其中连接多个芯片以创建一个大型处理器。这将通过新的短程耦合器实现，它允许相邻芯片上的量子比特之间通信，以及低温微波电缆，它允许不同处理器之间的远程连接。
Kookaburra 将于 2025 年到期，将拥有 4,158+ 个量子比特。
但量子硬件容易出错且极其复杂，因此简单地将大量量子比特连接在一起并不一定意味着你可以用它们做很多实际工作。IBM 认为，利用这些额外量子位的能力的关键将是一个“智能软件层”，它使用可以帮助管理噪声和增强其处理能力的经典工具来增强其量子芯片。
IBM 的量子平台负责人Blake Johnson说：“我们相信经典资源可以真正增强你可以用量子做什么，并充分利用量子资源。” “因此，我们需要构建工具——如果你愿意的话，一个编排层——它可以让量子计算和经典计算以无缝的方式协同工作。”
量子硬件最根本的挑战仍然是其固有的噪音，Johnson 表示“正在进行大量的研究活动”以扩大误差缓解技术。到目前为止，大多数创新只在较小的系统上进行了测试。但约翰逊表示，早期结果表明，一种称为概率错误消除的方法将适用于 IBM 在其量子路线图结束时所设想的设备大小。该技术包括故意运行噪声版本的量子电路来学习噪声的轮廓，然后在经典计算机上使用后处理来降低答案中的错误水平。
但是，应用这些技术需要相当多的专业知识。这限制了这些技术对普通开发人员的有用性。这就是为什么从 2024 年开始，IBM 计划将错误缓解直接构建到其 Qiskit Runtime 软件开发平台中，这样用户就可以构建程序而无需专门考虑如何降低噪音。“我们希望这些东西对用户来说是自动的，”约翰逊说。“为了从量子计算中获得有意义的结果，您不必成为量子控制专家。”
除了抑制错误，IBM 还在计划新的软件工具，旨在加快用户的应用程序并帮助他们解决更大的问题。上个月，该公司发布了两个 “primitives”
——执行核心量子操作的预定义基本程序——Qiskit 运行时的用户可以使用它们来构建应用程序。
从 2023 年开始，IBM 将使这些 “primitives”
在多个量子处理器上并行运行成为可能，从而显着加快用户程序的运行速度。
IBM 的雄心还包括让开发人员构建结合了经典和量子元素的复杂程序。这是因为许多开发人员希望将量子功能引入他们现有工作流程的特定部分，Johnson 说，还因为它可以帮助解决比量子硬件本身能够解决的更大的问题。
这种量子经典混搭理念的核心是“电路编织”的概念。这是一系列技术，可以将量子计算问题拆分成可以在多个处理器上并行运行的块，然后再使用经典计算机将结果重新拼接在一起。
在去年的概念验证中，IBM 研究人员表明，他们可以使用一种称为纠缠锻造的电路编织方法，将可以在给定数量的量子比特上模拟的量子系统的大小增加一倍。
到 2025 年，该公司计划推出一个电路编织方法工具箱，开发人员将能够使用该工具箱来构建充分利用经典资源和量子资源的算法。为了支持这一点，他们还将采用“量子无服务器”方法，在这种方法中，开发人员无需考虑运行代码需要什么硬件，并且根据需要自动提供量子或经典资源。
“无服务器模型允许开发人员专注于他们的代码，在需要时按需使用资源，并且无需成为基础设施方面的专家就可以访问各种基础设施资源，”Johnson 说。
该公司的路线图预测，到 2025 年，所有这些东西很可能会齐头并进，让开发人员开始为机器学习、优化和物理模拟等领域开发成熟的应用程序。
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