《蒙娜麗莎》等級的細心呵護,IBM讓量子電腦終於走出實驗室

2019.01.09 by
高敬原
IBM
找來《蒙娜麗莎》展示櫃的製造團隊操刀,IBM向全世界展示全新量子電腦「 IBM Q System One」,這是第一個專為科學、商業用途而設計的量子電腦(quantum computer),模組化的精密設計,讓脆弱的量子電腦,終於有了走出實驗室的機會。

在今年的美國國際消費電子展(CES)上,IBM向全世界展示了全新的量子電腦「 IBM Q System One」,找來《蒙娜麗莎》展示櫃的製造團隊操刀,宛如藝術品般呈現在大眾眼前。特別的是,這是第一個專為科學、商業用途而設計的量子電腦(quantum computer),模組化的精密設計,讓脆弱的量子電腦,終於有了走出實驗室的機會,同時IBM還宣布要在紐約設立第一座IBM Q 量子運算中心,全力朝商用化目標邁進。

模組化設計,精品級規格

去年(2018)的CES上,IBM就展示2017年底推出的50量子位元(qubit)的量子電腦,倒圓錐外型的特殊結構,宛如吊燈的外型,在當時吸引不少關注。然而完整的量子電腦系統其實非常龐大,若加上冷卻、電源管理系統,就可以占掉IBM在紐約實驗室的一整個房間。因此,一年多前IBM開始針對量子運算系統優化,把上千個精密的零件,以模組化的方式通通塞進一個密閉的玻璃殼中,向全世界介紹全新的「 IBM Q 」。

2017年底IBM展示50量子位元(qubit)的量子電腦,倒圓錐外型的特殊結構,宛如吊燈的外型,在當時吸引不少關注。
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先從外型來看, IBM Q被放在一個硼矽酸鹽玻璃製成的外殼中,光是這個外殼就不簡單,是由專業的工業設計公司所打造,並由義大利製造商Goppion組裝,像是羅浮宮收藏的《蒙娜麗莎》展示櫃,就是出自Goppion之手,之所以需要動用到這麼高層級的保護,是因為量子電腦不只擁有強大的運算能力,它同時也脆弱地需要如同名畫、珠寶般呵護。

IBM Q被放在一個硼矽酸鹽玻璃製成的外殼中,光是這個外殼就不簡單,是由專業的工業設計公司所打造。
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這是因為量子位元大多極不穩定,可能因為噪音等干擾導致數據流失,因此目前必須將處理器放置在比太空還冷上250倍的實驗室中。這個玻璃保護罩前後都有門可以開啟,能讓工程人員快速檢修控制、冷卻模板,同時搭配獨立的鋁和鋼框架固定,讓設備跟外殼避免潛在的震動干擾,透過這個特製的玻璃外殼,IBM希望降低環境干擾所帶來的運算誤差。

這次IBM將量子電腦的設備改以模組化設計,過去數量高達上千個的零件,通通都能整合到玻璃外罩中,不僅提升了環境的穩定度,也讓量子電腦第一次有機會走出實驗室,意味著商用量子電腦邁入全新的里程碑。

IBM將量子電腦的設備改以模組化設計,過去數量高達上千個的零件,通通都能整合到玻璃外罩中。
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加深商用布局,IBM要在紐約開量子運算中心

跟一般傳統電腦相比,量子電腦擁有極快的運算速度,傳統電腦用簡單的0與1位元(bit)來儲存資訊,而量子電腦可以將0或1、0與1相互疊加,處理更多、更複雜的資訊。

這次在CES上所展示的IBM Q,是第一個專為科學、商業用途而設計的量子電腦,值得注意的是,IBM Q 是一台20量子位元(qubit)的電腦,用現在的標準來看並非占有太多優勢,像是Google在2018年3月,就曾推出擁有72量子位元(qubit)的處理器,且距離各家業者所追求的「量子霸權」標準仍有一段距離。

目前「量子霸權」(quantum supremacy)的定義,是處理器要達到50量子位元(qubit)、雙量子位錯誤率低於0.5%,屆時運算能力將會超越世界上所有電腦,具有解決傳統電腦所解決不了問題的能力。

IBM雲端運算資深總監Arvind Krishna就說:「IBM Q是量子電腦商業化重要的一步,這套新系統對於量子電腦走出實驗室,有非常重要的意義。」
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也就是說,20量子位元(qubit)對絕大多數的商業應用並不足夠,主要目標是解決現階段傳統電腦無法解決的問題,重要的意義在於協助開發者建立起量子電腦,與一般電腦之間的介面,用來測試更多與量子電腦相關的應用。在各家業者追逐「量子霸權」標準的現在,IBM想趁著CES告訴大家,重要的並不是量子位元的數量,關鍵在於質量,認為把整體系統的可靠性提升、減少錯誤才更為重要。

量子電腦可以應用在生技醫療、金融、通訊等領域,IBM目前規劃將IBM Q 的運算能力,透過網路的方式出租給客戶使用,而不是直接把整台機器運送給客戶。

除了發表宛如藝術品般的IBM Q ,今年IBM還計劃在紐約開設第一座量子運算中心,會設有以雲端為基礎的量子運算系統,同時與學術、新創、指標性公司成立「 IBM Q Network 」,建立量子電腦開發生態圈,IBM雲端運算資深總監Arvind Krishna就說:「IBM Q是量子電腦商業化重要的一步,這套新系統對於量子電腦走出實驗室,有非常重要的意義。」

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