IBM发布独立商用量子计算机，设首个量子计算中心

全球的科技巨头都在量子计算上投入了大量资源。值得关注的是，在2019 CES上，IBM宣布推出IBM Q System One，该系统是世界上首个专为科学和商业用途设计的集成通用近似量子计算系统，并将一些世界上最先进的科学技术封装进了一个9英尺（约合2.7米）的玻璃立方体中。此外，IBM还计划于2019年在纽约Poughkeepsie开设首个IBM Q 量子计算中心。

IBM Q系统的目标是解决当前经典系统无法处理的被认为是过于复杂的问题，帮助开发者构建量子计算机与常规架构计算机之间的接口。量子计算的未来应用包括寻找新的方法模拟金融数据，隔离关键的风险因素以进行更好的投资，或者找到跨系统的最佳路径，以实现超高效的物流和优化交付的运营。

    IBM Q的用途  

IBM Q由IBM科学家，系统工程师和工业设计师设计，具有精密，模块化和紧凑的设计，在稳定性、可靠性方面进行了优化。IBM Q使通用近似超导量子计算机能够走出实验室，这可能是有史以来第一次。

就像经典计算机将多个组件组合成一个优化的协同集成架构一样，IBM正在使用第一个集成的通用量子计算系统将相同的方法应用于量子计算。 IBM Q由许多自定义组件组成，这些组件协同工作，可用作最先进的基于云的量子计算程序，包括：

量子硬件设计稳定，自动校准，可提供可重复且可预测的高质量量子比特;

低温管理，提供连续冷和孤立的量子环境;

紧凑型高精度电子元件，可严格控制大量量子比特;

量子固件，用于管理系统运行状况并启用系统升级，无需用户停机;

经典计算，提供安全的云访问和量子算法的混合执行。

    IBM Q 如何设计？  

IBM组建了世界一流的工业设计师、架构师和制造团队，与IBM Research科学家和系统工程师一起设计IBM Q，具体包括英国工业和室内设计工作室Map Project Office和Universal Design Studio，以及Goppion。

IBM与这些合作者共同设计了第一个量子系统，将数千个组件整合到一个专为商业用途而构建的玻璃气密环境中，这是商用量子计算机发展的一个里程碑。

IBM Q旨在解决量子计算最具挑战性问题之一：持续保持用于执行量子计算的量子位的质量。量子比特强大但又脆弱，通常在100微秒内（对于最先进的超导量子比特）就会失去其特殊的量子特性，部分原因在于互连机械的振动，温度波动和电磁波的环境噪声。防止这种干扰是量子计算机及其组件需要考虑的问题。

IBM Q的设计包括一个外形尺寸高2.74米（9英尺），宽2.74米（9英尺），厚1.27厘米（半英寸）的硼硅酸盐玻璃外壳，形成一个密封外壳，可以使用“旋转平移”毫不费力地打开，通过电机驱动，旋转两个移位轴的设计用于简化系统的维护和升级过程，同时最大限度地减少停机时间，这也是IBM Q适用于可靠商业用途的一个创新。

另外，还有一系列独立的铝和钢统一框架，也有解耦系统的低温恒温器，控制电子设备和外壳，有助于避免潜在的振动干扰，导致“相位抖动”和量子比特退相干。

    IBM Q量子计算中心  

IBM将与今年晚些时候在纽约Poughkeepsie开设的IBM Q Quantum计算中心扩展IBM Q Network商业量子计算计划，这个计划已包括位于纽约约克镇的Thomas J. Watson研究中心的系统。新中心将容纳部分世界上最先进的基于云的量子计算系统，IBM Q Network的成员可以访问这些系统，这是一个由全球财富500公司、初创公司、学术机构和国家研究实验室组成的全球社区。

IBM Poughkeepsie在计算领域的历史可以追溯到20世纪50年代，IBM的第一批商用计算机IBM 700系列，还有20世纪60年代的IBM System / 360，通过改变企业对计算机的看法，彻底改变了世界。现在，IBM Poughkeepsie定位为世界上为数不多具备量子计算能力的计算中心。

“IBM Q System One是量子计算商业化的重要一步，”混合云高级副总裁兼IBM研发总监Arvind Krishna表示。“当我们致力于开发商业和科学的实用量子应用时，这个新系统对扩展量子计算走出研究实验室研究至关重要。”

新系统标志着IBM Q的下一次发展，IBM表示这是业界首次通过基于云的IBM Q体验将人们带入可编程通用量子计算，以及商业和科学应用的商业IBM Q Network平台。雷锋网了解，自2016年5月，公开免费的IBM Q Experience一直在运营，已经拥有超过十万名用户，他们已经进行了超过670万次实验并发布了130多份第三方研究论文。IBM Q Network包括最近新增的阿贡国家实验室，欧洲核子研究中心，埃克森美孚，费米实验室和劳伦斯伯克利国家实验室。

    BATH的量子计算进展  

虽然到目前为止，全球还只有一台这样的独立量子计算机，但IBM表示并不排除有一天对外出售这一计算机产品的可能。根据目前的商业计划，IBM计划通过互联网向客户出租这一系统的计算能力，而不是直接将它运送给客户使用。

所谓的“量子计算机”指的是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就可以被定义为量子计算机。

在此之前，“量子计算机”大多只在一些尖端研究实验室中以分解的形式存在。之所以说它们是以“分解”的形式存在主要是因为它们通常由许多元素组成，包括用来容纳处理计算的加固腔室、液氦罐和其他保持低温设备（用于将量子比特保持在接近绝对零度）以及控制量子比特动作，并“读取”其输出的电子机架等，所有这些元素都被数百米的电缆连接在一起。

IBM研究院科学与解决方案副总裁达里奥-吉尔（DarioGil）表示，考虑到IBM作为一家系统公司的历史，将所有这些打包成第一台集成通用量子计算机“是一个标志性的历史时刻”。IBM的历史建立在设计和构建那个时代一些最先进的计算系统之上，就比如20世纪50年代的700系列大型机，和20世纪6、70年代将计算推向主流商业世界的System/360。

据悉，为了将所有的量子系统装入这个半英寸厚的玻璃外壳中，IBM不得不开发自己的电子设备来控制这一系统。同时，该公司还必须开发出温度控制和防止振动的完美方法，以确保这一量子计算机能像在实验室中一样正常运行。

当然，出色的工业设计也在其中发挥了重要作用。

从外观来看，这个全球首部集成量子系统的设备内部存在大量的空白空间，这主要是因为它的大部分组件隐藏在立方体的背面，量子比特则悬挂在一个高度抛光的钢筒中，以确保它们不受到外界干扰。

据悉，这个立方体内部的“空白空间”不仅仅是为了美观效果，而是考虑到了日后维护的便捷性。因为这个立方体前部有专门设计的悬臂铰链可以打开，技术人员则可以爬进去操作设备。

今后，IBM的付费客户可以通过购买该计算机的处理能力来满足自己的计算需求。当被问及是否会出售这一产品，吉尔透露：“你完全可以这么想。”

但他也表示，IBM目前还没有出售该量子计算机的打算。

分析指出，量子计算机具有转变行业价值链的巨大潜力，可以通过解决传统计算机无能为力的超级复杂问题，改变整个行业的面貌。未来的量子计算机有能力在化学、生物、医疗保健、金融、人工智能和材料科学等领域实现产品突破，帮助富有战略眼光、采用量子计算的企业快速抢占市场份额，提高盈利能力。

一个典型的例子就是，为了优化航空公司的调度工作，量子计算可以创建专为在特定日期飞往数百个目的地的数千名乘客量身定制每日航班时刻表，从而帮助旅客缩短旅行时间、避免空中交通拥堵，并降低航空燃油成本。而除了IBM以外，谷歌、Rigetti、英特尔和微软等企业也都在量子计算机领域投入了巨大资源。但从目前的情况来看，IBM似乎已经快人一步。

在国外，谷歌和英特尔也积极研究量子计算，当然国内的科技巨头们也不甘落后。2015年阿里就开始布局量子计算，与中科院成立联合实验室，开展量子信息科学领域的前瞻性研究。去年5月，达摩院量子实验室推出世界最强量子模拟器“太章”。“2018云栖大会上，达摩院宣布着手超导量子芯片和量子计算系统的研发，使阿里巴巴成为继IBM、微软、谷歌和英特尔之后，全球第五家启动量子硬件研发项目的大型科技企业。

腾讯在2017年12月的TSAIC大会上，香港中文大学计算机系任副教授张胜誉正式以腾讯量子实验室负责人、杰出科学家的身份现身并发表演讲，这也是腾讯量子实验室的首度对外亮相。

2018年3月，百度宣布成立量子计算研究所，开展量子计算软件和信息技术应用业务研究，百度计划在五年内组建世界一流的量子计算研究所，并逐步将量子计算融入到业务中。

华为也在2018年华为全联接大会期间正式发布量子计算模拟器HiQ云服务平台，包括量子计算模拟云服务以及量子编程框架。量子计算的竞争正在加速，那么量子计算到底会带来怎样的革新？