量子比特，物理學術語，參照Shannon信息論中比特描述信號可能狀態(tài)的特征，量子信息中引入了“量子比特”的概念。中國科學技術大學教授潘建偉及其同事陸朝陽、劉乃樂、汪喜林等通過調控六個光子的偏振、路徑和軌道角動量三個自由度，在國際上首次實現(xiàn)18個光量子比特的糾纏，刷新了所有物理體系中最大糾纏態(tài)制備的世界紀錄。

參照Shannon信息論中比特描述信號可能狀態(tài)的特征，量子信息中引入了“量子比特”的概念。量子比特的英文名字為quantum bit，簡寫為qubit或qbit。1983年，Stephen wiesner在他量子貨幣的提案中第一次引入了量子比特的概念。而“量子比特”這個術語的問世應歸功于Benjamin schumacher，在他論文的致謝辭中，schumacher 表示術語“量子比特”是他在同William wootters的一次談話時提出的，只是因為它同古代的一種長度測量單位腕尺(cubit)的發(fā)音相似。在量子計算中，作為量子信息單位的是量子比特，量子比特與經(jīng)典比特相似，只是增加了物理原子的量子特性。

11月9日報道，國際商用機器公司(IBM)已經(jīng)制造出迄今為止最大的量子計算機。這臺名為“魚鷹”(Osprey)的計算機包含433個量子比特，是該公司此前打破紀錄的127個量子比特計算機的3倍多，是谷歌公司包含53個量子比特的“西克莫”計算機的8倍多。

報道稱，盡管量子計算機有望最終解決傳統(tǒng)計算機可能永遠無法解決的問題，但是人們對于制造量子計算機的最佳方式?jīng)]有達成共識。IBM和谷歌把量子比特建立在電路的基礎上，這些電路由可以完美導電的超導體制成。而其他人則支持使用異常巨大的原子、帶電原子或光量子粒子的裝置。IBM公司的奧利弗·戴爾說，制造“魚鷹”的挑戰(zhàn)并不僅僅在于制作更多的量子比特。量子比特可能受到由相鄰量子比特施加到它們身上的力的擾亂，與“混線”使傳統(tǒng)計算機產生故障的方式類似。當更多的量子比特被集成到一枚芯片上時，出現(xiàn)這種情況的可能性會更大。

“魚鷹”通過把芯片連接到傳統(tǒng)電子裝置上來控制它所包含的量子比特。戴爾說，他和他的團隊設計了這些連接，以便使量子比特得到盡可能精確的控制。報道稱，由于超導線只能在接近零下273攝氏度的溫度下具備超導性能，因此“魚鷹”必須被保存在一個特制的冰箱里。戴爾和同事們還不得不確保計算機及所有導線不會讓溫度有一丁點的上升。

研究人員對量子計算機寄予厚望，因為與常規(guī)比特不同，量子比特能夠同時代表數(shù)值0、1以及(量子力學奇異特性導致的)兩者的組合。這將使它們能夠進行哪怕對最先進的超級計算機而言都過于復雜的計算，例如在亞原子水平上模擬化學反應。2019年，谷歌公司曾宣布在這個方向上取得突破，當時“西克莫”解決了一個該公司聲稱用傳統(tǒng)計算機不可能完成的問題。此后這一“量子霸權”多次受到挑戰(zhàn)。報道介紹，“魚鷹”擁有的量子比特數(shù)遠大于“西克莫”，而且隨著量子計算機體量的擴大，它們的性能已經(jīng)變得更加強大。事實上，就存儲和處理信息的狀態(tài)數(shù)量而言，一臺傳統(tǒng)計算機需要擁有比已知宇宙中的原子數(shù)目更多的比特數(shù)才能與“魚鷹”媲美。

IBM制造出了迄今全球最大量子計算機“魚鷹”(Osprey)，其擁有433個量子比特，是該公司此前創(chuàng)紀錄的127個量子比特計算機“鷹”的3倍多，是谷歌53個量子比特計算機“懸鈴木”的8倍多。不過也有科學家指出，“魚鷹”的糾錯能力仍有待證明。

目前國際學術界實現(xiàn)量子計算有多條技術路線，超導量子計算是其中最有希望的候選者之一。IBM和谷歌正是基于這一路線，其核心目標是增加“可操縱”量子比特的數(shù)量，并提升操縱的精度，最終應用于實際問題。其他設備則使用原子或光子等充當量子比特。

建造“魚鷹”面臨的挑戰(zhàn)不僅在于制造出更多量子比特，還包括更好地對其進行控制。因為量子比特會受到相鄰量子比特施加的力的影響而相互干擾，導致計算機出現(xiàn)故障，封裝到芯片上的量子比特越多，出現(xiàn)這種情況的可能性就越大。鑒于此，研究團隊通過將芯片連接到傳統(tǒng)電子設備上，以盡可能精確地控制“魚鷹”內部的量子比特。此外，由于只在接近零下273攝氏度的溫度下超導，“魚鷹”必須置于一個特殊的冰箱里，而且，研究團隊還必須確保量子計算機及其所有電線的溫度不會升高。

美國塔夫茨大學的彼得·洛夫表示，“魚鷹”的面世表明超導技術確實可規(guī)?；?，但這臺設備仍有“噪音”。他解釋道，隨著時間的推移，量子比特會失去量子性，給出錯誤結果。像“魚鷹”這樣的計算機能否捕捉并糾正自己的錯誤，以及IBM能否嘗試用它來證明“量子優(yōu)越性”都是目前面臨的巨大挑戰(zhàn)。

IBM團隊計劃2023年生產出一臺可工作的1121個量子比特的量子計算機，該公司也在開發(fā)一種更小的芯片，以測試一種量子比特排列和連接新方法，目的是降低噪聲并減少誤差。

IBM認為，2023年是一個主要拐點，IBM已準備好開始實現(xiàn)以量子為中心的超級計算機。其目標是在未來幾年穩(wěn)步提升計算能力，計劃在2025年推出超4000個量子比特的系統(tǒng)，比傳統(tǒng)計算機更快更準確地解決一些問題，并為現(xiàn)在最好的計算機只能估計的問題提供精確的解決方案，實現(xiàn)“量子優(yōu)勢”里程碑。

IBM高級副總裁兼IBM研究總監(jiān)達里奧·吉爾(Dario Gil)表示，IBM將在此基礎上繼續(xù)擴大規(guī)模，最終量子系統(tǒng)將包含數(shù)百萬個量子比特，“我們越來越接近了。”

傳統(tǒng)計算機使用二進制數(shù)字0或1，而量子計算機使用的量子比特以一種0和1復雜混合的量子態(tài)表示和存儲信息。吉爾說，量子計算機有朝一日可能解決的問題包括模擬化學中天然材料的表現(xiàn)形式，甚至打破用于保護互聯(lián)網(wǎng)安全的公開密鑰加密。

IBM正在研發(fā)一種能夠處理多種不同任務的量子計算機。吉爾表示，理論上，今天可以在一個芯片上放1000個量子比特，但難點在于，量子比特越多，結果的錯誤率就越高，它們能夠維持量子態(tài)來執(zhí)行計算的時間就越短。據(jù)《華爾街日報》報道，在某種程度上，這是因為量子比特很脆弱，容易被溫度、噪聲或頻率的變化干擾。

2016年以來，IBM一直把量子計算機放在云上，供企業(yè)、大學和個人試驗該技術，IBM目前有20多個用于此目的的在線系統(tǒng)。例如波音公司正通過云技術使用IBM的量子計算機，模擬與飛機腐蝕有關的化學反應。IBM還宣布，已將其現(xiàn)有量子計算機的實驗客戶基礎擴大到210多家公司。據(jù)《華爾街日報》報道，這些公司明年一季度可以開始使用“魚鷹”芯片。