IBM全球首臺量子計算一體機：封在玻璃盒里如珠寶
CES2019展上，IBM將把整個量子計算系統(tǒng)集成到一個棱長為9英尺（約2.74米）的立方體玻璃盒中，作為一個能獨立工作的綜合設(shè)備展出，稱為IBM Q System One。
去年國際消費電子展（CES）上，美國IBM公司展示了其研制的50比特量子計算機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：數(shù)層金色圓盤從上而下疊成倒圓錐結(jié)構(gòu)，夾雜繁復(fù)的銀色管道，猶如一只蒸汽朋克風(fēng)的吊燈。
其實，這只龐大的“吊燈”只是所謂量子計算機的核心硬件，要是加上配套的供能、冷卻和控制設(shè)備，能在IBM位于紐約約克敦海茨的實驗室擺滿一個房間。
今年的CES展上，IBM將把整個量子計算系統(tǒng)集成到一個棱長為9英尺（約2.74米）的立方體玻璃盒中，作為一個能獨立工作的綜合設(shè)備展出，稱為IBM Q System One。
這將是全球首臺量子計算一體機。
全球首臺量子計算一體機
根據(jù)IBM官網(wǎng)上透露的照片，這個集成的量子計算系統(tǒng)頗具設(shè)計感。硼酸玻璃板的厚度為半英寸（約1.3厘米），前后兩扇門可自動開啟，方便工程人員在停機時間快速檢修藏在后面板背后的制冷和控制模塊。不過，如果前后門同時開啟，整個玻璃方盒就成了不穩(wěn)定的平行四邊形，因此需要一些獨立的鋼鋁框架進行固定。整個結(jié)構(gòu)力求使振動最小化，減少可能存在的干擾。
玻璃外殼由專業(yè)的工業(yè)設(shè)計公司和建筑內(nèi)飾公司設(shè)計，再由意大利米蘭的制造商Goppion組裝。法國盧浮宮館藏的名畫《蒙娜麗莎》和英國倫敦塔保存的王冠珠寶的高端展覽方案也是由Goppion提供的。
事實上，強大而又脆弱的量子比特確實需要得到名畫和珠寶一般的關(guān)心看護。
集成量子計算系統(tǒng)的立方體玻璃盒
量子計算機依據(jù)一套完全不同于經(jīng)典計算機的量子力學(xué)法則運行。經(jīng)典計算機中的比特為0或1,基于此進行二進制運算。在神奇的“疊加態(tài)”加持下，量子比特卻可以同時是0和1，正如薛定諤那只著名的又生又死的貓。在理想狀態(tài)下，50個量子比特一次可以進行2的50次方次運算，這已經(jīng)是個天文數(shù)字。
理想很豐滿，現(xiàn)實很脆弱。這些量子比特需要被保持在絕對零度左右，才能用于量子計算。但即使如此，來自溫度、電磁場和物理振動的一點點干擾，就可能在一萬分之一秒內(nèi)破壞掉量子比特的神奇狀態(tài)。
設(shè)計圖
因此，IBM的研究人員希望把整個系統(tǒng)集成到精妙的玻璃方盒里之后，因環(huán)境擾動帶來的計算錯誤能夠減少。在米蘭組裝后，玻璃方盒進行了為期2周的測試。
測試系統(tǒng)包括：穩(wěn)定而具備自我校準(zhǔn)能力的量子硬件設(shè)計，提供可重復(fù)、可預(yù)測的高質(zhì)量量子比特；
能持續(xù)工作的制冷工程，隔絕出寒冷的工作環(huán)境；
緊湊而精準(zhǔn)的電子器件模塊能緊密地控制多數(shù)量子比特；
量子固件能管理系統(tǒng)的健康狀態(tài)，無需停機即可升級系統(tǒng)；
提供保密云接入和混合算法運行的經(jīng)典計算能力。
IBM Q System One在米蘭的組裝現(xiàn)場
值得一提的是，這個量子計算一體機的比特數(shù)是20個，在2019年看來并不多么了不起。50比特才是行業(yè)內(nèi)敏感的一道門檻：加州理工學(xué)院教授普雷斯基爾（John Preskill）在2012年提出了“量子霸權(quán)”（Quantum Supremacy）的概念，預(yù)言50比特的量子計算機能在特定問題上超越世界上性能***的經(jīng)典計算機。
2017年底，IBM宣稱研制出了一臺50比特的量子計算機原型機，2018年初，谷歌發(fā)布了研制全球***高質(zhì)量72比特量子計算機的計劃。在群雄逐鹿的白熱化階段，IBM卻開始試圖解構(gòu)“量子霸權(quán)”的概念。
IBM在去年CES上展出的“量子計算機”核心部件像個吊燈
IBM Q戰(zhàn)略副總裁Bob Sutor曾對澎湃新聞強調(diào)，重要的不是量子比特的數(shù)量，而是量子比特的質(zhì)量。***的數(shù)學(xué)研究證明，即使在特定問題上，50比特量子計算機也無法全面超越經(jīng)典計算機。
2017年上線的IBM Q量子計算服務(wù)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)吸引了500多家用戶，涵蓋包括埃克森美孚在內(nèi)的跨國巨頭和歐洲核子中心在內(nèi)的科研圣地，通過云端讓前沿工程師和科研人員體驗到量子計算在金融服務(wù)、制藥和人工智能領(lǐng)域的潛力。
2019年下半年，擴大版的IBM Q量子計算中心會在紐約州的波基普西市開張。
而IBM Q System One，正如它的外觀設(shè)計，更像一個藝術(shù)品。IBM暫無商業(yè)化的打算。在量子計算在基礎(chǔ)研究上未獲突破，實用性仍是空中樓閣的情況下，這個精巧的玻璃盒子展望了在辦公室隨便擺一臺量子計算機的遠景，就像在ENIAC機的年代想象一臺iMac筆記本電腦。
