去年國際消費電子展（CES）上，美國IBM公司展示了其研制的50比特量子計算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：數(shù)層金色圓盤從上而下疊成倒圓錐結(jié)構(gòu)，夾雜繁復(fù)的銀色管道，猶如一只蒸汽朋克風(fēng)的吊燈。

其實，這只龐大的“吊燈”只是所謂量子計算機(jī)的核心硬件，要是加上配套的供能、冷卻和控制設(shè)備，能在IBM位于紐約約克敦海茨的實驗室擺滿一個房間。

今年的CES展上，IBM將把整個量子計算系統(tǒng)集成到一個棱長為9英尺（約2.74米）的立方體玻璃盒中，作為一個能獨立工作的綜合設(shè)備展出，稱為IBM Q System One。

這將是全球首臺量子計算一體機(jī)。

全球首臺量子計算一體機(jī)

根據(jù)IBM官網(wǎng)上透露的照片，這個集成的量子計算系統(tǒng)頗具設(shè)計感。硼酸玻璃板的厚度為半英寸（約1.3厘米），前后兩扇門可自動開啟，方便工程人員在停機(jī)時間快速檢修藏在后面板背后的制冷和控制模塊。不過，如果前后門同時開啟，整個玻璃方盒就成了不穩(wěn)定的平行四邊形，因此需要一些獨立的鋼鋁框架進(jìn)行固定。整個結(jié)構(gòu)力求使振動最小化，減少可能存在的干擾。

玻璃外殼由專業(yè)的工業(yè)設(shè)計公司和建筑內(nèi)飾公司設(shè)計，再由意大利米蘭的制造商Goppion組裝。法國盧浮宮館藏的名畫《蒙娜麗莎》和英國倫敦塔保存的王冠珠寶的高端展覽方案也是由Goppion提供的。

事實上，強(qiáng)大而又脆弱的量子比特確實需要得到名畫和珠寶一般的關(guān)心看護(hù)。

集成量子計算系統(tǒng)的立方體玻璃盒

量子計算機(jī)依據(jù)一套完全不同于經(jīng)典計算機(jī)的量子力學(xué)法則運行。經(jīng)典計算機(jī)中的比特為0或1,基于此進(jìn)行二進(jìn)制運算。在神奇的“疊加態(tài)”加持下，量子比特卻可以同時是0和1，正如薛定諤那只著名的又生又死的貓。在理想狀態(tài)下，50個量子比特一次可以進(jìn)行2的50次方次運算，這已經(jīng)是個天文數(shù)字。

理想很豐滿，現(xiàn)實很脆弱。這些量子比特需要被保持在絕對零度左右，才能用于量子計算。但即使如此，來自溫度、電磁場和物理振動的一點點干擾，就可能在一萬分之一秒內(nèi)破壞掉量子比特的神奇狀態(tài)。

設(shè)計圖

因此，IBM的研究人員希望把整個系統(tǒng)集成到精妙的玻璃方盒里之后，因環(huán)境擾動帶來的計算錯誤能夠減少。在米蘭組裝后，玻璃方盒進(jìn)行了為期2周的測試。

測試系統(tǒng)包括：穩(wěn)定而具備自我校準(zhǔn)能力的量子硬件設(shè)計，提供可重復(fù)、可預(yù)測的高質(zhì)量量子比特；

能持續(xù)工作的制冷工程，隔絕出寒冷的工作環(huán)境；

緊湊而精準(zhǔn)的電子器件模塊能緊密地控制多數(shù)量子比特；

量子固件能管理系統(tǒng)的健康狀態(tài)，無需停機(jī)即可升級系統(tǒng)；

提供保密云接入和混合算法運行的經(jīng)典計算能力。

IBM Q System One在米蘭的組裝現(xiàn)場

值得一提的是，這個量子計算一體機(jī)的比特數(shù)是20個，在2019年看來并不多么了不起。50比特才是行業(yè)內(nèi)敏感的一道門檻：加州理工學(xué)院教授普雷斯基爾（John Preskill）在2012年提出了“量子霸權(quán)”（Quantum Supremacy）的概念，預(yù)言50比特的量子計算機(jī)能在特定問題上超越世界上性能最好的經(jīng)典計算機(jī)。

2017年底，IBM宣稱研制出了一臺50比特的量子計算機(jī)原型機(jī)，2018年初，谷歌發(fā)布了研制全球首個高質(zhì)量72比特量子計算機(jī)的計劃。在群雄逐鹿的白熱化階段，IBM卻開始試圖解構(gòu)“量子霸權(quán)”的概念。

IBM在去年CES上展出的“量子計算機(jī)”核心部件像個吊燈

IBM Q戰(zhàn)略副總裁Bob Sutor曾對澎湃新聞強(qiáng)調(diào)，重要的不是量子比特的數(shù)量，而是量子比特的質(zhì)量。最新的數(shù)學(xué)研究證明，即使在特定問題上，50比特量子計算機(jī)也無法全面超越經(jīng)典計算機(jī)。

2017年上線的IBM Q量子計算服務(wù)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)吸引了500多家用戶，涵蓋包括?？松梨谠趦?nèi)的跨國巨頭和歐洲核子中心在內(nèi)的科研圣地，通過云端讓前沿工程師和科研人員體驗到量子計算在金融服務(wù)、制藥和人工智能領(lǐng)域的潛力。

2019年下半年，擴(kuò)大版的IBM Q量子計算中心會在紐約州的波基普西市開張

而IBM Q System One，正如它的外觀設(shè)計，更像一個藝術(shù)品。IBM暫無商業(yè)化的打算。在量子計算在基礎(chǔ)研究上未獲突破，實用性仍是空中樓閣的情況下，這個精巧的玻璃盒子展望了在辦公室隨便擺一臺量子計算機(jī)的遠(yuǎn)景，就像在ENIAC機(jī)的年代想象一臺iMac筆記本電腦。