IBM和思科計(jì)劃建立一個(gè)大規(guī)模、容錯的量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

  ICC訊  IBM與思科宣布，雙方有意合作為網(wǎng)絡(luò)分布式量子計(jì)算奠定基礎(chǔ)，目標(biāo)在2030年代初實(shí)現(xiàn)。通過將IBM在構(gòu)建實(shí)用量子計(jì)算機(jī)方面的領(lǐng)導(dǎo)地位與思科在量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的創(chuàng)新相結(jié)合，雙方計(jì)劃探索如何將大規(guī)模容錯量子計(jì)算機(jī)擴(kuò)展到超越IBM雄心勃勃的路線圖之外。此外，他們還將致力于解決通往量子計(jì)算互聯(lián)網(wǎng)途中的基本挑戰(zhàn)。

  IBM與思科將在五年內(nèi)致力于展示首個(gè)概念驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)獨(dú)立的大規(guī)模容錯量子計(jì)算機(jī)連接起來，使它們能夠協(xié)同運(yùn)行，處理數(shù)萬至數(shù)十萬個(gè)量子比特的計(jì)算任務(wù)。這一網(wǎng)絡(luò)將允許運(yùn)行可能需要數(shù)萬億量子門的問題，量子門是實(shí)現(xiàn)變革性量子應(yīng)用所需的基本糾纏操作，例如大規(guī)模優(yōu)化問題，或復(fù)雜材料與藥物的設(shè)計(jì)。

  IBM研究總監(jiān)兼IBM院士Jay Gambetta表示：“在IBM，我們的路線圖包括在本世紀(jì)末前交付大規(guī)模容錯量子計(jì)算機(jī)的計(jì)劃。通過與思科合作，探索如何將多臺這樣的量子計(jì)算機(jī)連接成分布式網(wǎng)絡(luò)，我們將追求如何進(jìn)一步擴(kuò)展量子計(jì)算能力。在我們構(gòu)建計(jì)算未來的過程中，我們的愿景將推動量子計(jì)算機(jī)在更大規(guī)模的高性能計(jì)算架構(gòu)中所能實(shí)現(xiàn)的前沿?！?

  思科Outshift部門總經(jīng)理/高級副總裁Vijoy Pandey表示：“讓量子計(jì)算達(dá)到實(shí)用規(guī)模不僅是建造更大的單機(jī)，還涉及將它們連接在一起。IBM正以積極的路線圖構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)，而我們則提供實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展的量子網(wǎng)絡(luò)。我們將共同將這個(gè)挑戰(zhàn)作為完整的系統(tǒng)問題來解決，包括連接量子計(jì)算機(jī)的硬件、跨系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)算的軟件，以及使其正常工作的網(wǎng)絡(luò)智能?！?

  擴(kuò)展分布式量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)

  IBM與思科打算探索開發(fā)能夠物理連接多臺大規(guī)模容錯量子計(jì)算機(jī)以形成網(wǎng)絡(luò)分布式量子計(jì)算的量子硬件與軟件。

  兩家公司目標(biāo)在2030年底前完成初步概念驗(yàn)證演示，計(jì)劃讓位于不同低溫環(huán)境中的多臺獨(dú)立量子計(jì)算機(jī)的量子比特實(shí)現(xiàn)糾纏。為此，兩家公司將需要發(fā)明新型連接技術(shù)，包括微波-光學(xué)換能器及配套的軟件棧。

  思科的量子數(shù)據(jù)中心愿景為未來不遠(yuǎn)實(shí)現(xiàn)分布式量子計(jì)算提出了一種量子網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)。該愿景包括完整的硬件與軟件棧，旨在保護(hù)脆弱的量子態(tài)、分配糾纏資源、在量子計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)，并以亞納秒級精度同步操作。

  為了擴(kuò)展到連接兩臺獨(dú)立但物理位置相近的量子計(jì)算機(jī)之外，IBM與思科計(jì)劃探索如何在更長距離上傳輸量子比特，例如在建筑物或數(shù)據(jù)中心之間傳輸。為此，兩家公司將探索光學(xué)光子和微波-光學(xué)換能器技術(shù)，并研究如何將其整合進(jìn)量子網(wǎng)絡(luò)以按需傳輸量子信息。

  連接多臺量子計(jì)算機(jī)將需要合適的接口。IBM計(jì)劃構(gòu)建一個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)單元（QNU），作為量子處理單元（QPU）的接口，其明確任務(wù)是將QPU中靜止的量子信息通過QNU轉(zhuǎn)換為"飛行"量子信息，進(jìn)而通過網(wǎng)絡(luò)在多臺量子計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行鏈接。

  思科的量子網(wǎng)絡(luò)將致力于按需將糾纏分配給任意配對的QNU，以驅(qū)動給定量子算法或應(yīng)用所需的量子信息傳輸。為此目標(biāo)，思科正在開發(fā)高速軟件協(xié)議框架，可連續(xù)動態(tài)地重配置網(wǎng)絡(luò)路徑，從而在QNU完成部分計(jì)算后向其分配糾纏。

  兩家公司計(jì)劃共同研究由新型硬件和開源軟件組成的網(wǎng)絡(luò)橋如何使用思科量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過QNU接口在數(shù)據(jù)中心內(nèi)連接多臺IBM QPU。未來，這一方法可擴(kuò)展至跨多個(gè)數(shù)據(jù)中心連接QPU。這將進(jìn)一步擴(kuò)展更大規(guī)模的量子網(wǎng)絡(luò)，為未來的量子計(jì)算互聯(lián)網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。

  通過該架構(gòu)連接的IBM量子計(jì)算機(jī)可承載大規(guī)模計(jì)算密集型工作負(fù)載，包括那些在高性能計(jì)算框架中作為量子-centric超級計(jì)算組成部分而需要高性能計(jì)算資源的任務(wù)。

  為實(shí)現(xiàn)這一愿景，IBM還與費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的超導(dǎo)量子材料與系統(tǒng)中心（SQMS）合作，作為美國能源部國家量子信息科學(xué)研究中心中四個(gè)中心的成員。IBM與SQMS打算研究量子數(shù)據(jù)中心內(nèi)可使用的QNU數(shù)量，并計(jì)劃在三年內(nèi)完成多個(gè)互聯(lián)QPU的初步演示。

  量子計(jì)算互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)

  構(gòu)建分布式可擴(kuò)展的量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)將為指數(shù)級擴(kuò)展的計(jì)算空間開辟路徑，并使多種技術(shù)的擴(kuò)展成為可能，這可能在2030年代末開始形成未來的量子計(jì)算互聯(lián)網(wǎng)。

  量子計(jì)算互聯(lián)網(wǎng)提供了這樣一個(gè)未來：許多分布式量子技術(shù)，如量子計(jì)算機(jī)、量子傳感器和量子通信設(shè)備相互連接并遠(yuǎn)距離共享信息，例如在一個(gè)城域范圍內(nèi)，最終達(dá)到行星尺度。這一宏偉愿景可能催生新的可能性，例如超安全通信，或?qū)夂?、天氣和地震活動的精確監(jiān)測。

  作為雙方當(dāng)前合作意向的另一部分，IBM與思科計(jì)劃共同資助學(xué)術(shù)研究和協(xié)作項(xiàng)目，以推進(jìn)更廣泛的量子生態(tài)系統(tǒng)，延續(xù)其在學(xué)術(shù)和國家實(shí)驗(yàn)室中推動研究的悠久歷史。