IBM在美国之外的第一台量子计算机上线

五年前，IBM推出了其首个5量子位的量子处理器，用户可以通过该公司的云使用。五年之后的现在，该公司展示了他们的第一台在纽约的数据中心之外的量子计算机。

在大西洋彼岸，来自德国Fraunhofer研究所（Fraunhofer Institute）的科学家们刚刚揭开了IBM Quantum System One的面纱——这是该国第一台超导量子计算机，是蓝色巨人（IBM）依据双方的合约，专门为其建造的。

该设备使用了IBM的27量子位处理器，设备已经在几周前上线，并已提供给Fraunhofer研究所的科学家和该研究所的一些合作伙伴使用。从现在起，Fraunhofer研究所欢迎该研究所之外的德国学术界和机构签署月度合同，利用该计算机进行研究、教育和培训。

Fraunhofer研究所和IBM的合约是去年签署的，这标志着蓝色巨人（IBM）的量子硬件在全球扩张的开始。该公司于2019年发布了Quantum System One，并将其定位为世界上第一台商用量子计算机；但是，到目前为止，用户只能通过云连接到位于纽约波基普西的IBM量子计算中心才能使用该设备。

首次将这类硬件带到新地点绝非易事——而全球新冠肺炎的疫情还给这项工作增加了一些额外的障碍。IBM的首席量子专家Bob Sutor解释说，在通常的情况下，该公司会将一些关键部件运往德国，并派出一个内部的专家团队到德国进行量子计算机的组装，但是全球肆虐的新冠肺炎疫情带来了新的挑战——一切组装工作都必须远程完成。

IBM的工程师们不得不采用远程组装的方式——这种方式受到了美国国家航空航天局（NASA）的启发。Sutor对ZDNet表示：“如果你不能够跑到他们面前说‘做这个’，你该如何培训几千英里之外的人呢？” Sutor表示：“我们必须远程培训当地的团队，并且和他们远程配合，将所有的东西组装在一起，并让机器运行起来。为此，我们开发了一种新技术，可以将这些系统部署到世界各地，而且不需要我们自己亲临现场。这种方法奏效了。”

为了在当地的IBM开发实验室培训德国的工程师们，Sutor的团队开发了一个量子计算机组装的虚拟课程。从安装计算机的制冷系统到操纵Falcon处理器，事无巨细，没有遗漏任何细节，设备按照原定计划成功组装好了。

对于Fraunhofer研究所而言，这意味着该研究所及其合作伙伴现在可以使用专为德国机构构建的先进量子计算机，无须依赖云访问美国的系统了。

自从宣布与IBM合作以来，该研究所就一直忙于研究量子计算的潜在应用，并设计量子算法，这些算法可能比经典计算更具优势。

这是因为量子计算尚处于起步阶段，尽管研究人员们对该技术的潜力抱有巨大的期望，但是大部分关于该技术的前景仍然处于理论阶段。现有的量子处理器（例如IBM 的 Falcon）的量子位太少，而错误率又太高，无法解决与商业相关的大规模问题。因此，研究工作中还包含着为该技术寻找合适用例的内容，以便在硬件准备就绪之后能够充分加以利用。

Sutor 表示：“对于用户来说，他们需要现在就进入，他们需要了解什么是量子计算机，它们有什么用处，以及哪些使用量子计算机的可行方法将会比使用经典计算更具优势。”

在Fraunhofer研究所，研究人员一直在研究各种应用，从金融投资组合优化到制造商的物流规划，通过可以增强关键基础设施和分子模拟的纠错协议，推动化学和材料的发现。

例如，该研究所一直在与德国航空航天中心（German Aerospace Center）合作研究，以确定量子算法是否可以模拟储能系统内的电化学过程——这反过来又可以帮助设计性能更好、能量密度更高的电池和燃料电池。

对于Fraunhofer研究所的研究协调员 Annkatrin Sommer 来说，选择 IBM 作为量子合作伙伴是理所当然的。她对ZDNet表示：“我们真的很想采用尖端技术，这样你就可以可尽快开始开发算法了。”

在量子计算方面，IBM的产品具有一些显著的优势。自从其首款基于云的量子处理器发布以来，该公司现在已经制造了20多台Quantum System One机器，这些设备在被全球超过145家机构使用。这些云处理器每天要建立20亿个量子电路（quantum circuits），到今年夏季结束之前，IBM有望突破1万亿个量子电路。

Quantum System One 中使用的 Falcon 处理器是 27 个量子位的，但该公司正在并行开发一种名为 Hummingbird 的芯片，该芯片具有 65 个量子位。蓝色巨人最近发布了量子硬件路径图，在这份路径图中，IBM承诺到 2023 年实现超过 1,000个量子位——足以开始看到量子计算的早期结果。最终，IBM 的目标是生产百万量子比特级别的量子系统。

Sutor表示：“如果我扔给你一个玩具系统并且说：‘给你，玩吧，我不知道它是否能让事情变得更好’——那么没人会在意的。”Sutor表示：“人们需要相信这些机器以及机器上运行的软件和应用程序，相信它们能够比传统计算机更快、更好地工作。”

对于像Fraunhofer研究所这样的研究机构来说，IBM的量子技术承诺的快速扩张很有吸引力。这家德国的机构并不是唯一一家押注蓝色巨人的机构。作为与东京大学合作的一部分，IBM今年还将在日本安装Quantum System One系统；而在美国，克利夫兰诊所（Cleveland Clinic）刚刚向IBM下了5亿美元的订单，以构建本地的量子硬件。

但是，尽管拥有了IBM的设备，Fraunhofer研究所的研究团队仍然热衷于强调现在判断量子计算的哪种方法或者哪些方法将首先取得成果还为时尚早。这个行业正在快速地扩张，随着新公司不断加入这股量子计算的热潮，想要区分炒作和现实是很困难的。

这就是为什么在投资IBM的超导量子位之外，Fraunhofer研究所还在研究使用其他不同方法——例如离子阱 (Ion trap)或者金刚石量子计算（diamond）——的原因。

Sommer表示：“目前，还无法断言哪种技术是最好的。” Sommer表示：“而且我们可能会同时针对不同的用例采用不同的技术。用不同的方法做项目，然后在一段时间之后，衡量一下取得的进展以及是否达到了目标，这种做法是很有意义的。然后，你再决定应该继续使用哪种技术。”

为了在量子计算领域内领先，全球的竞争正在日益激烈，而亮闪闪的Quantum System One新系统让德国在这场竞争中处于有利地位。

在欧盟10亿欧元（折合12亿美元）的量子旗舰计划之外，德国政府已经启动了一项20亿欧元（折合24亿美元）的资助计划，该计划的目标是在该国推广量子计算技术。

与此同时，美国2018年的《国家量子倡议法案》（National Quantum Initiative Act）计划拨款12亿美元。而中国也毫不掩饰其想成为领先的量子超级大国的雄心。

英国政府也已经为国家量子技术计划（National Quantum Technologies Programme）投资了总计10亿英镑（折合13.7亿美元）。在接下来的几年里，该国希望效仿德国，建造该国第一台商用量子计算机，该计算机将由总部位于美国加利福尼亚州的Rigetti Computing公司建造。