全球最强量子计算机鱼鹰动态观察

一、全球最强量子计算机“鱼鹰”发布

近日，美国IBM公司正式推出当前全球性能最强的433比特量子计算机 “鱼鹰”，并同步宣布计划于明年发布1000比特量子计算机。这一里程碑式的突破，标志着量子计算技术正朝着更强大的实用化方向加速演进。

IBM 433-Qubit 芯片 “Osprey” 来源：IBM

1. 模块化架构布局未来

IBM研究主管Dario Gil表示：“IBM 仍有望推出超过1000个量子比特的量子计算机，为了进一步扩展，我们正在研究一种新方法。当我们突破Osprey芯片的尺寸极限时，它已经是非常大的系统了。明年，1000个量子比特系统将会更大，所以我们一直在设计基于模块化的量子计算机整机架构。”该模块化系统正是IBM Quantum System Two。

小提示：模块化设计意味着量子计算机可以像搭积木一样，通过连接多个基础单元来快速扩展算力，降低单芯片制造难度与成本。

二、中国专家深度解读：芯片对比与性能参数

正在参与建设中国第一条量子芯片生产线的中科大博士贾志龙进行了分析研判：

1. 芯片布局与制造工艺

• 布局一致，尺寸扩大：对比上一代Eagle芯片，Osprey在芯片布局和连接架构上基本维持一致，但横向尺寸扩大到了3倍，量子比特数量扩展到了3.4倍左右。
• 整片扩展技术：量子芯片采取整片扩展而非模块化拼接，这意味着IBM掌握了更大尺寸的整片高品质量子比特芯片制造技术。

2. 宏观性能指标解析

目前IBM Q云平台上还没有将Osprey芯片上线供公众使用，所以看不到细节参数。但从宣传报告中可以看到Osprey芯片/芯片系统的两项宏观指标：QV 512，CLOPS 15K。

对比此前性能最好的两款芯片，提升显著：

• 27qubit-Falcon：QV 128，CLOPS 2K
• 127qubit-Eagle：QV 64，CLOPS 850

贾志龙博士指出：“可以看出他们在芯片的整体质量上实现了不小的改善，应该也有他们测控系统升级的功劳，因为通常这两项宏观指标是存在权衡和取舍的。”

常见问题：什么是QV（量子体积）和CLOPS（每秒电路层操作）？

解答：QV是一个综合性能指标，衡量量子计算机在解决特定复杂问题时的能力。CLOPS则衡量量子计算机执行电路层操作的速度（即编译效率）。两者通常此消彼长，能同时提升说明技术取得了全面突破。

三、中国面临的差距与追赶策略

贾志龙表示：“量子芯片加工制造能力上，我们和国外的差距在拉大。量子芯片加工继承了集成电路制造技术。提升集成芯片自主生产制造能力，任重而道远，我们全力追赶。大规模量子芯片设计能力对工程化量子计算机也至关重要，这方面我们同样要紧跟国际巨头，目前我们研发了自主知识产权的QEDA软件“本源坤元”，还在不断更新迭代，以适应新的挑战。”

在如何应对或者说在如何追赶这方面，贾志龙说道：“感受最直接的还是人才问题，需要有更多优秀的人才加入量子计算赛道。因为量子计算的愿景过于强大，中国必须要掌握这项技术，落后就要挨打已经成古训了。从当前国际形势看，别人做出来一定不会给我们用的，所以别想着买进口货了，我们只能靠自己做，并且是完全自主可控的国产整机。”

四、IBM第三代量子测控系统：效率与集成度双飞跃

IBM透露，Quantum System Two系统的目标是在明年年底前上线，它将通过连接多个 Quantum System Twos成为“以量子为中心的超级计算”的构建模块，通过连接其中的三个系统，可以构建一个拥有多达16632个量子比特的系统。

不久前，IBM还推出了第三代量子测控系统，该系统很快就能以更低的成本控制单个机架中的400个量子比特，具体性能突破如下：

• 量子体积（QV）从128提高到512
• 每秒电路层操作（CLOPS）从1.4k提升到15k

中国量子计算专家解读：

研发出中国第一套量子计算机测控系统的中科大博士孔伟成表示：

“IBM新推出的第三代测控系统，具有高集成度，高效率和低成本等特点。射频信号的生成采用了射频直出方案取代传统的二次变频或IQ混频，一块数模转换芯片即可直接输出量子芯片所需的射频信号。此方案无需射频模块，极大降低了成本，并提升系统的集成度。同时该系统在效率方面有近十倍的提升，将每秒线路层操作（CLOPS）从1.4K提升至15K。”

常见问题：射频直出方案相比传统方案好在哪里？

解答：传统方案需要复杂的二次变频或IQ混频组件，成本高且体积大。射频直出方案利用一块高集成度数模转换芯片直接生成所需射频信号，不仅省去射频模块，还大幅降低了功耗和成本，提升了集成度与稳定性。

五、中国量子计算团队的应对策略建议

那么中国量子计算团队需要从哪些方面着手去应对这样的危机和挑战呢？孔伟成博士也给出了自己的建议：

1. 加大研发投入，提升关键指标：国内量子测控设备相比于IBM、苏黎世、是德科技等还有较大差距。需要加大研发投入，努力提升运行效率、性能、集成化等关键指标。
2. 结合应用场景，定制化发展：量子测控系统的研发应结合量子计算的实际需求，定制化发展。一方面，过剩的性能会加大研发难度并极大增加成本；另一方面，效率的提升需要结合应用场景进行定制优化。
3. 关键芯片国产化：芯片是测控设备的核心。目前美国对中国的芯片禁运导致数模转换芯片、FPGA等核心芯片断供。关键芯片国产化是保证测控设备稳定生产的必然要求，同时国产芯片的发展也会推动测控设备的更新迭代。

小提示：对于初学者，建议重点关注量子测控系统中的“射频直出”和“模块化架构”这两个技术方向，它们可能是未来低成本、大规模量子计算机的突破口。

六、总结

IBM“鱼鹰”芯片的发布，再次拉开了全球量子计算竞赛的帷幕。从433比特向1000比特跨越，背后是芯片制造、测控系统、模块化架构的全方位突破。对于中国而言，差距主要体现在芯片制造能力和测控系统先进程度上，但通过加大人才引进、QEDA软件自主研发以及关键芯片国产化，我们仍有能力迎头赶上。未来，量子计算的自主可控”和“人才储备”将成为胜负手。

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