近日，据《日本经济新闻》报道，美国 IBM 公司与日本国家先进工业科学技术研究所（AIST）即将宣布一项合作，联合开发下一代量子计算机。

（来源：IBM 官网）

据悉，双方的目标是开发拥有 10000 个量子比特的量子计算机。作为对比，目前 IBM 开发出的较为先进的量子计算机拥有 133 个量子比特，而拥有 10000 个量子比特的量子计算机性能是其 75 倍之多。

另外，由于量子计算机系统需要在接近绝对零度的极低温度下才能保证稳定运行，因此，双方还将联合开发下一代量子计算机所需的能够承受接近绝对零度极端低温的半导体和超导集成电路，以确保量子计算机的稳定性和可靠性。

IBM 和 AIST 预计在未来数天内签署谅解备忘录（MOU）并宣布此次合作项目，预计新开发的下一代量子计算机需要等到 2029 年才能正式投入使用。

需要注意的是，这个项目也是 IBM 公司首次与国外研究机构在量子计算领域开展的大规模合作。

除此之外，该报道还指出，IBM 计划在 2025 年开始销售其开发的拥有 1000 余个量子比特的量子计算机，届时，日本国家先进工业科学技术研究所将联合 IBM 培训日本公司（比如制药公司）使用量子计算机，以推动量子技术的普及和应用。

（来源：Pixabay）

量子计算机是一种遵循量子力学规律进行数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的设备装置，与传统电子计算机类似，量子计算机也由硬件和软件构成，硬件方面涵盖量子晶体管、量子存储器、量子效应器等；软件方面则包括量子算法、量子编码等。

传统计算机基于二进制位进行计算，而在量子计算中量子信息处理的基本单位是量子比特（Qubit），而量子比特可以通过多种技术构建，比如超导集成电路、离子阱、光子等。

区别于传统计算中只能取 0 或 1 中的一个值，作为量子计算机的基本单元，量子比特可以同时处于 0 和 1 的叠加态，量子比特的数量和质量决定了量子计算机的性能和稳定性。

很大程度上，通过量子比特的多少可以粗略评估一台量子计算机的性能，随着量子比特数量的增加，量子计算机的计算能力将呈指数级增长。

量子计算机以其独特的计算方式，在药物发现、材料开发、物流优化、微观模拟等众多领域展现出巨大潜力。量子计算机利用量子比特进行计算，能够同时处理多种可能性，可以实现高效的并行计算，因此在解决诸如因子分解、数据库搜索等某些特定复杂问题方面，量子计算机的计算能力远超传统电子计算机，还可以通过量子近似优化算法（QAOA）在极短时间内找到全局最优解，大幅提高效率和准确性，

以当前火热的 AI 为例，传统电子计算机的机器学习算法通常需要大量的计算资源来训练和优化模型，而量子计算机则可以通过量子并行性和量子态的干涉性质来加速算法训练过程，并提高模型性能。值得一提的是，借助量子计算机还可以构建“量子神经网络”等新型 AI 模型，具有更快的计算速度和更高的并行度，在大规模数据处理和优化中发挥强大作用。

就目前而言，量子计算机仍处于初期发展阶段，以 IBM 开发的 133 个量子比特的量子计算机为例，尽管 IBM 强调这些量子比特具有“最高的质量”，但其计算过程中仍然会不可避免地出现错误，因此在实际使用中通常需要借助超级计算机来弥补计算错误，而新开发的 10000 个量子比特的量子计算机有望“精准无误”地进行高级组合计算，因此有望无需借助超级计算机而独立使用。

对此，有业内人士指出，“在硬件层面，量子计算机需要达到 20000 至 30000 个量子比特水平才能够投入商业使用。”

不可否认的是，作为一种新兴的计算技术，量子计算机在一些特定领域的性能足以“碾压”传统电子计算机，展现出独特的优势和应用价值，然而，由于其复杂的物理特性和严苛的运行环境，量子计算机的研发进程也是步履维艰。

作为全球科技巨头，IBM 在量子计算领域走在世界前沿，此前曾多次刷新全球量子比特数量的记录。比如，2021 年，IBM 推出了创纪录的拥有 127 个量子比特量子计算机；2022 年底，IBM 又推出了拥有 433 个量子比特的“鱼鹰”（Osprey）创下了最大量子计算系统的纪录；2023 底，IBM 发布了拥有 1121 个量子比特的“秃鹰”（Condor）。除了 IBM，其他包括英特尔、谷歌、微软等科技巨头们也都在量子计算机领域开展探索。

比如，谷歌直接剑指“百万量子比特”，其目标是开发出具有 100 万个量子比特的量子计算机，而为了实现纠错，谷歌计划通过把 1000 个量子比特束缚到一起构建“逻辑量子比特”的方式来实现。

据了解，去年 3 月，日本理化学研究所开发的首台国产量子计算机正式投入使用，一些高校和研究机构等可以借助云端使用这台量子计算机。

该量子计算机拥有 64 个量子比特，与美国 IBM、谷歌等公司所使用的技术类似，也是采用在极低温下电阻为零的超导集成电路制备的量子比特。

参考资料：

1.https://asia.nikkei.com/Business/Technology/IBM-and-Japan-institute-team-up-to-develop-next-gen-quantum-computer

2.https://newsroom.ibm.com/2023-12-04-IBM-Debuts-Next-Generation-Quantum-Processor-IBM-Quantum-System-Two,-Extends-Roadmap-to-Advance-Era-of-Quantum-Utility?mhsrc=ibmsearch_a&mhq=quantum