- IBM 推出首款模組化低温量子冷卻系統，能容納數百個量子晶片。
- 新系統可將温度降低至 15 毫凱爾文以下，對量子電腦計劃至關重要。
- IBM 的設計變更簡化了接線整合，提升了量子處理器的空間。
- IBM 預計到 2027 年建造一個擁有至少 1,000 顆可編程 Qubit 的大型量子電腦。
計算科技巨頭 IBM 宣佈推出其首款模組化低温量子冷卻系統，該系統可以組合形成一個可容納數百個量子晶片的冷卻環境。這個低温系統能夠將温度降低至 15 毫凱爾文以下，對於 IBM 期望於 2029 年推出大型容錯量子電腦的計劃而言，這是一個重要的里程碑。量子電腦被視為計算科技的下一個前沿，承諾能在目前最快的超級電腦所需時間的一小部分內完成大規模計算。與使用二進位位元只能儲存 0 或 1 的矽基電腦不同，量子電腦使用量子位元，可以儲存介於 0 和 1 之間的多個值，並進行並行計算，從而指數級提高其計算能力。
量子位元或稱 Qubit 通常在接近絕對零度的極低温下運作。實現這一點是一項挑戰，但研究人員已使用稱為稀釋冷卻器的多級設備，完美解決了這個問題。量子位元在超低温的腔室內運作，但冷卻和計算基礎設施的複雜架構使得建造大型量子電腦變得困難。
模組化設計的創新
IBM 如何解決這一問題？IBM 對其現有的低温系統進行了重大設計變更，採用矩形形式的設計。這一變更旨在實現更密集的讀取和控制接線整合，並簡化相鄰單元之間的耦合，為量子處理器提供更多空間。此設計變更還旨在將元件和子系統分開，以便未來能夠獨立優化，即使接線、冷卻和量子設備的密度增加。在最近的一次演示中，IBM 將兩個運行中的模組結合，顯示它們能夠在五天內降温至 4 開爾文，並在隨後達到低於 15 毫凱爾文的最終温度。
這些温度比深空低 180 倍，且該模組仍提供比 IBM 之前系統多出 12 倍的接線空間，方便了模組內外的晶片間連接。
L-coupler 技術的應用
容錯量子電腦這些模組高達八英尺（約 2.4 米）且寬八英尺，還利用 IBM 的 L-coupler 技術直接與量子處理器連接。這項技術使多個量子晶片能夠進行通信、共享信息並作為更大量子電腦的一部分共同運作。L-coupler 技術是 IBM 量子計劃中的關鍵，IBM 預計到 2027 年建造一個擁有至少 1,000 顆可編程 Qubit 的大型量子電腦。為了實現這一目標，IBM 將於今年晚些時候將其 NightHawk 量子處理器安裝到這些新的低温模組中，並開始運行測試。
IBM 計劃於 2029 年推出的大型量子電腦，預計將在每個低温模組內容納數千顆 Qubit。
IBM 研究部門主任 Jay Gambetta 在一份與《有趣工程》分享的新聞稿中表示：「將容錯量子電腦引入行業依賴於幾項基本進展。這些低温模組的成功連接和運行標誌著向該方向邁出了一大步，並將加速我們在量子硬件、軟件和算法方面的進展。」除了硬件，IBM 也專注於容錯量子電腦所需的軟件。新聞稿中補充説，IBM 去年發布了一種新的錯誤更正代碼，減少了實現容錯所需的物理資源。
模組化低温系統的影響
IBM 的模組化低温量子冷卻系統標誌著量子計算領域的一個重要進展。隨著量子位元對低温的需求，這種創新不僅解決了冷卻的挑戰，還提升了系統的可擴展性。透過改進的設計和 L-coupler 技術，IBM 能夠促進量子晶片之間的通信，這對於未來建造大型容錯量子電腦至關重要。這些技術的成功實施，將加速量子硬件和軟件的發展，推動整個行業向前邁進。