IBM量子计算机原型亮相CES，像一件艺术品

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大约从一年前开始，IBM开始做一个完全集成的系统：它是模块化的，易于升级，并针对量子计算进行了优化。时至2019年度国际消费电子展，IBM揭开了其量子计算机IBM Q System One的神秘面纱。
据国外媒体报道，在2019年度国际消费电子展（CES）上，IBM展示了其最新的量子计算机IBM Q System One的模型。其坐落在2.3米高的玻璃框架内，看起来就像是一件艺术品。去年的这个时候，IBM为国际消费电子展推出了一台50量子比特的量子计算机。

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当时这台机器的外观格外引人注目：错综复杂的管线让这部机器看起来就像是一盏蒸汽朋克题材的吊灯。因为整套系统太过复杂，IBM直接把笨重的冷却和电源管理部件留在了家里。整个系统位于纽约的研究实验室，占满了一个大房间。IBM量子生态系统与策略副总裁鲍勃·苏特尔(Bob Sutor)说，这台机器功能齐全但设计并不完美。

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“想象去掉闪亮外壳的一辆车，” 苏特表示，“然后把电池移到一边。电子设备并没有紧密集成在动力传统系统中，而是被拆成碎片，然后散布在汽车周围。从功能上说这辆车可能仍然有用。但就整体而言，其设计并不好，对吗？”

大约从一年前开始，IBM开始做一个完全集成的系统：它是模块化的，易于升级，并针对量子计算进行了优化。时至2019年度国际消费电子展，IBM揭开了其量子计算机IBM Q System One的神秘面纱。

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它看起来很棒。


IBM Q System One所有的部件都安置在一个2.7米高的立方体中，而这个立方体由半英寸厚的玻璃制成。其前后两扇“门”可以同时打开，以便于工程师可以操作前端的量子计算机，以及隐藏在背后的各种冷却和控制模块。由于同时打开两扇门会导致立方体倾斜，因此整个玻璃立方体周边通过铝质以及钢质框架进行了加固。这种外观构造能够最大限度地保证量子计算机结构上的完整性，同时使得振动等其他潜在干扰最小化。

量子计算机的外观造型由工业设计公司Map Project Office和环球设计工作室Universal design Studio合作构想出来。Map Project Office曾与Sonos、本田和卡诺等世界知名公司合作，而环球设计工作室是一家总部位于伦敦的建筑和室内设计公司。这个玻璃立方体由总部位于米兰的制造商Goppion负责打造，该公司曾为卢浮宫的《蒙娜丽莎》、伦敦塔(Tower of London)的皇冠珠宝等作品设计过高端展示柜。

因此，说这台量子计算机看起来像一件艺术品也就不足为奇了。

这种玻璃外壳使IBM能够严格控制量子计算机的内部温度。这对于必须保持在绝对零度左右的量子芯片和电路板上的辅助电子元件来说至关重要。任何振动或温度的意外变化都会使整个系统瘫痪。从理论上讲，IBM的新设计应该减少在运行实验时出现的错误量，从而使系统具备更高的可靠性。

众所周知，量子计算利用量子比特来处理潜在的复杂任务。传统比特可以被设置为“1”或“0”，而量子比特可以同时取两个值，或者两者的叠加值。如果你有两个量子比特，可以同时测试四种可能的结果(0- 0,0 - 1,1 -0,1-1)。量子比特还能相互感知，这种所谓“量子纠缠”的现象能够帮助计算机快速找到正确答案。

因此，量子计算有能力击败逐个计算可能解决方案的传统计算机。其将为医疗保健、人工智能、密码学、金融模型和天气模拟技术带来革命性的变化。无论如何，这是早期研究人员所希望的结果。

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IBM Q System One是一台第四代20量子比特机器。从量子比特的数量上来看，IBM Q System One似乎并不占优，因为谷歌去年3月就宣布推出了一台72量子比特的机器。但苏特表示，对于量子计算及来说重要的是质量，而不是数量。在增加系统运力之前，IBM希望将重点放在纠错和总体可靠性上。“我们一直专注于(量子)芯片的架构和布局，”他说。“我们一直在研究构建量子芯片所需的所有因素，这种芯片将允许我们扩展到越来越多的量子比特，让它们以更少的错误高效运行。”

在推出Q System One的基础上,IBM正在想象一个量子计算机整齐地排列在传统个人电脑和服务器群旁的未来世界。有一天，一个公司可能会有许多这样的量子计算机“立方体”。

在很大程度上量子计算还是一个未知领域。尽管这项技术还处于起步阶段，但IBM正试图展示成熟的量子计算机可以或应该是什么样的。Q System One是试验性的硬件系统，但IBM将其打造得无与伦比精致，和最初的iMac如出一辙。参观者可以通过立方体上一个明显的窗口窥视内部构造，惊叹于工程师们所做的一切。

长久以来，人们总希望创造一些美丽事物能够保持甚至增加公众对这项技术的兴趣。这一点在量子计算还处于早期研究阶段时非常重要。虽然实验正在进行，学术论文也在发表，但这项技术的许多优势仍停留在理论层面。例如，量子计算机还没有能够破解现有的金融加密技术，也无法运行复杂的天气模拟程序。如果你没有跟上最新的研究，很难知道量子计算到底是真实还是完全的虚幻。

不过，像Q System One这样的新硬件带给人们的直观感受很强。首先它非常庞大，与不断变小的智能手机和笔记本电脑形成了鲜明而清晰的对比。玻璃外壳和钢结构或许并不适合所有人的口味，但它们显示出了明显演变和进步。

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不幸的是，出现在国际消费电子展上的Q System One只是一个模型。它每侧的玻璃框架只有2.3米高，而且并没有隐藏各种冷却、电力和系统监控组件的后面板。IBM还拆除了量子计算机的保护罩，这样参观者就可以直接看到保持量子比特正常运行的管道和电线。

据苏特称，IBM在Yorktown Heights有一个“完全可操作”的系统原型，其已经在进行实验。他表示:“可以肯定地说，这是我们有史以来建造的运行最好的量子计算机，无论从哪个角度看都是如此。”“现在研究人员正在使用它。”

今年晚些时候，该公司将在纽约波基普西开设一个“量子计算中心”，用于运行升级版的Q System One 。目前团队正在决定是改造原有设备，还是从头开始打造另一台。IBM在一份新闻稿中说，项目完成后，这座城市将是“世界上少数几个拥有运营量子计算中心的技术能力、基础设施和专业知识的地方之一，其中包括高性能计算系统接入，以及与量子计算机协同工作所需的高可用性数据中心。”

IBM的大多数量子计算客户统称为Q Network，他们在使用中并不会感觉到系统本身的变化。然而，他们将从量子计算机的稳定性和模块化设计中受益。“我们最终会让使用这些系统的客户更愉悦，”苏特说，“当我们升级和增加系统能力时尤为如此。”

最新的Q Network成员包括能源巨头埃克森美孚和欧洲核子研究中心(CERN)。“我们看到基础科学开始利用并理解这一点，”苏特说，“商业组织正试图理解它的相关性。这令人兴奋。”

Q System One是量子计算的一个小里程碑，但意义重大。然而，科技对我们的生活产生可见影响还需要很多年。苏托尔指出，“事实上量子计算是一门新学科。其需要更多科学和技术创新来推动进步。作为一名数学家，我知道科学突破是不可能按需实现的。”

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