量子摩尔定律问世 量子摩尔定律是什么？有什么用？

　　量子摩尔定律：为了实现量子优势，量子体积需要每年至少翻一番

　　为了在本世纪20年代实现量子优势，需要每年至少将“量子体积”增加一倍。

　　IBM的五量子比特设备Teumife的量子体积是2017年首次通过IBM Q Experience量子云服务提供的，目前的IBM Q 20-量子位的高端设备的量子体积为8。最新结果表明，IBM Q System One性能已经超过16量子体积。自2017年以来，IBM Q团队每年都实现了量子体积的倍增。

　　下面是一张量子系统开发路线图，以量子体积为衡量标准，量子系统计算力每年增长一倍。

　　有趣的是，其实可以将上图与Gordon Moore在1965年4月19日提出这张著名的“摩尔定律”图表进行比较：

　　为了实现0.01％的误差率，需要将相干时间提高到1-5毫秒，这是一个漫长的未来之路，在量子系统中实现这一目标需要克服很多激动人心的挑战。

　　在制定系统路线图的同时，需要同时研究元器件的基本物理特性，并测量了单个超导传输量子比特T1弛豫时间长达0.5毫秒（500微秒，质量因数为1500万），研究结果表明这些器件不存在基本材料上的限制问题。

　　虽然“量子体积”可用于表征设备性能，但业界也可以使用其他指标，例如测量设备上的纠缠量子位的方式，从中提取有关系统性能的更多信息。

　　对于多量子位纠缠，一个简单的衡量标准是n-qubit Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）状态的断层摄影（可完全描述未知量子态的相同集合的过程），比如4量子位状态。

　　首先准备GHZ状态，并通过在不同基础上的各个量子位的投影，重建我们创建的状态。这里的量度指标是可实现的实验状态相对于目标状态的保真度。

　　状态层析成像对测量误差很敏感，因此如果不具备去除这些误差影响的技术，我们重建的4量子位GHZ状态的保真度为0.66，可以绘制出如下的密度矩阵：

　　不过，可以通过额外校准测量来确定测量误差的倒数，并对层析成像数据进行测量校正，从而降低这些误差。同样的数据经过校正处理后，保真度提升至0.98。请注意，此值不包括误差线，误差线将包含由于状态准备和测量误差引起的统计噪音和系统噪音。

　　Qiskit Ignis是一种理解和降低量子电路和器件噪音的框架，也是IBM的开源量子开发套件Qiskit的一部分。Qiskit Ignis中包括测量误差降噪。

　　降噪后的4比特GHZ状态层析成像，保真度为0.98

　　我们还对IBM Q System One上的真正纠缠状态进行了初步测量，共有多达18个量子比特纠缠。

　　这些初步结果，再加上量子体积和降低测量误差技术的改进，以及新的快速高保真量子位测量的成果，将在2019年3月美国物理学会的会议上公布。

　　量子计算的噪声中间量子（NISQ）时代的到来是一个激动人心的时刻——从硬件，软件到物理学的突破，再到新的量度标准的诞生。要在实用系统上继续改进“量子体积”量度标准，仍需要进一步的研究和应用。IBM计划在纽约Poughkeepsie开设新的量子计算中心，在2019年下半年制造具有相当性能水平的量子计算系统。

　　1965年，戈登·摩尔曾断言：“集成电子技术的未来是电子产品本身的未来。”而我们现在相信，量子计算的未来将成为计算机本身的未来。

　　史上最高量子体积的量子计算机，是何方神圣？

　　IBM Q System One，号称全球首台量子计算一体机，它体积如同大象，算力不敌小手机。

　　今年1 月，拉斯维加斯CES 展会上，Q System One 首次亮相。

　　IBM Q System One

　　它犹如一件艺术品，被安置在一个2.74 米高、2.74 宽的的硼硅玻璃柜中，中间挂着吊灯一般的量子计算核心硬件，由一个闪亮的圆柱形黑色外壳包裹，里面的所有部件都被精妙地隐藏起来。

　　当然，为了方便维护，玻璃外壳可以使用电机打开。

　　IBM Q System One 由许多自定义组件组成，这些组件协同工作，可用于最先进的基于云的量子计算程序，包括：

　　具有稳定性和自动校准能力的量子硬件设计，提供可重复、可预测的高质量量子比特。

　　制冷工程，提供连续冷却、孤立的量子环境。

　　紧凑型高精度电子元件，可严格控制大量量子比特。

　　量子固件，可管理系统运行状况并启用系统升级，无需用户停机。

　　经典计算能力，提供安全的云访问和量子算法的混合运行。

　　以及IBM 刚刚公布的，它的“量子体积” 达到了16。

　　如果明年IBM 如约推出32 量子体积的计算机，又会是何等的高端艺术品呢？

　　巨头搅局，量子计算竞争白热化

　　根据BCC Research 的数据，到2022 年，全球量子计算市场的复合年均增长率预计将达到37.3%，产值达到1.61 亿美元左右。再往后，2027 年该市场的年复合增长率将达到53% 左右，产值达到13 亿美元。

　　这个预测并不夸张。因为，这个领域的竞争正在加剧。

　　英特尔、微软、谷歌等主要竞争对手正在加入竞争。这些巨头科技公司正不遗余力地将量子计算商业化和民主化，使其进入商用领域。

　　英特尔最近与Bluefors 和Afore 合作推出了首款量子低温晶圆探针（Cryogenic Wafer Prober）。这种装置可以加速基于硅的量子芯片上量子比特的测试过程。

　　微软的量子网络也正在成长。作为该公司量子开发工具包的一部分，微软大力推广其“量子友好” 的最新编程语言Q#（Q-sharp）。微软的目标是开发一种通用量子计算机，采用坚固的基于纳米线的硬件结构，具有纠错机制。

　　以此同时，谷歌在去年7 月发布了名为Cirq 的开源软件工具包，以帮助开发人员测试量子计算算法。此外，在去年3 月，谷歌宣布推出Bristlecone，一台72 量子比特的通用量子计算机。