当接近新的有用设备的时间时，计算中的人为因素变得至关重要
计算的未来是一个巨大的金属罐吗？ 如果事实证明它里面只是坐着一个笔记本电脑和google的家伙，我将感到失望。纽约约克敦高地。 我在未来计算选项之一所在的房间里。 电脑本身并没有给人留下深刻的印象，看上去就像是悬挂在天花板上的金属罐。 噪音给人留下了深刻的印象-周期性的金属敲打声在房间中盛行。 这是冷却系统的声音，使设备达到接近绝对零的温度。 而且那里没有冷却的普通芯片-这是IBM的量子计算方法。
2016年，IBM轰动一时的公告邀请公众试用仅包含五个
量子比特的早期版本的量子计算机-这对于任何严肃的计算来说都太少了，但足以让人们获得使用新技术的真实编程经验。 该技术发展迅速，IBM在其量子计算机室中安装了更多的储罐，并根据需要添加了新的流程。 该公司已经将该项目扩展到20量子位，并乐观地宣布将准备使用50量子位的版本。
与公司的许多早期计算机一样，IBM的新量子计算机也被封装在米色的外壳中当我们最近访问研究中心时。 该公司的研究人员托马斯·沃森（Thomas Watson）在发表声明时更加谨慎，强调他们没有做出任何承诺，而50量子位计算机只是通往量子计算机未来之路的另一个里程碑。 但是他们使我们相信，IBM一定会参与到这个未来中来，尤其是因为该公司围绕其初次尝试创建的生态系统的特殊性。
芯片构建块
为了创建量子位，IBM使用连接到谐振器的超导线安装在硅基板上。 导线和基材使该公司可以利用在创建电子电路中获得的所有经验，但是在这种情况下，导线是铌与铝的混合物，因此可以在极低的温度下进行超导。 向我们展示了设备检查室的周杰伦（Jerry Chau）说，该公司仍在试验改进qubit方面的细节，并正在测试各种公式和几何形状。
谐振器对微波频率敏感，允许您使用微波脉冲分配或读取量子比特值。 每个芯片都有光学元件，这些光学元件在输入处接收微波并将微波引导到各个量子位。 微波本身并不能脱颖而出，因此使用现有的预制组件来组织数据输入。 唯一的困难是将输入数据传输到深浸在液氦罐中的芯片。 为此设计的设备不仅应承受极低的温度，而且还应通过加热到室温来生存。 尽管设备一旦冷却，就可以连续工作而无需更换。
冷却系统的一部分包含在储罐中。 液态氦可使您将温度降低到几乎为零量子计算基于量子位的复杂性。 Chow告诉我们，要混淆任意两个量子比特，您可以依靠它们的谐振频率略有不同的事实。 如果我们用对方的共振频率来称呼一对量子比特中的每个成员，那么他们可能会感到困惑。 然后，可以将对对纠缠在高阶系统中。 量子位相干性维持100μs，但几个量子位可混淆10 ns。 Chow说，现在纠缠芯片需要花费几微秒的时间，这给了足够的时间准备整个系统并执行计算。
那么，如果一切都这么简单，为什么我们还没有50量子位的芯片呢？
外部冷却控制-但不是量子计算机问题在于，量子位对外部噪声非常敏感。 可能是设备外部的噪音（尽管金属罐有助于屏蔽芯片）。 可能是内部噪声-冷却系统，微波电缆，芯片组件本身-所有这些都可能与量子位相互作用。 而且任何交互作用对于计算来说都是灾难性的。
这意味着芯片架构上的任何变化，甚至增加一个量子比特，都可能在执行计算时改变错误的频率和类型。 IBM致力于严格的建模，试图将此类问题限制在芯片的制造中，但是从某种意义上讲，这是一个经验性的逐步过程：您需要使用芯片，然后看看会发生什么。 Chau说：“添加新的量子比特将使我们能够识别噪声和串扰的来源。”
萨拉·谢尔顿（Sarah Sheldon）也指出了这一点，她是致力于控制和读取量子位数据的微波系统的科学家之一。 “我们有很好的工具来描述各个组件，但没有合适的方法来描述整个设备，” Sheldon说。 “当我们增加系统时，我们面临的情况是，控制一个量子位可能导致其他地方的错误。” 她后来补充说：“我们正在接近极限，从传统上讲，这些设备不再能够被模拟-然后如何说出它们是否正常工作？”
一切都是为了它？ 量子计算机的测试芯片之一优势还是数量？
量子计算机的思想是，与普通计算机相比，它在某种程度上可以更快地执行某种类型的计算。 通过使用足够数量的量子位，量子计算机将能够处理传统计算机要比存在的宇宙花费更多时间来解决的任务。 越过了量子计算机可以做到的极限，被称为“量子优势”。 谷歌在2018年3月
宣布了其在量子计算领域的
发展 ，提到了这一概念。
自然地，谷歌根据允许的错误数（我们传统计算机不能容忍的错误数）来表达其量子优势的概念。 相比之下，IBM正在开发纠错量子位。 不幸的是，该系统需要几个额外的量子比特。 IBM量子计算副总裁鲍勃·萨特（Bob Sator）建议，具有数百个纠错量子位的量子计算机将需要数千个量子位才能工作。
回想一下，该公司仍在使用不包含在纠错中的50量子位的系统。 在不久的将来，量子优势不会威胁我们。
相反，IBM建议开始考虑“量子量”，这是一种将用于计算的量子位数量与错误数量相结合的度量。 量子量将使IBM的计算机与Google描述的那些计算机进行有意义的比较。 但是，这种措施不会让我们知道这些机器中的每一个都会有用。
而且，在某种程度上，这个问题的答案听起来像是：“取决于情况”。 在某些情况下，您可以放心地解决错误。 例如，可以在经典计算机上立即检查大量的简单分解。 在其他情况下，错误将使计算结果不可靠，并且没有简便的方法可以对其进行检查。 因此，当前的计算机有点奇怪。 IBM量子计算和信息研究小组经理Jay Gambetta说：“我们可以做一些行为，这些行为不能用经典的方法预测，并且其工作也不容易出错。” “我们不知道在他们的帮助下可以算出什么。”
他指出，首先创建了许多经典的计算机算法，然后才证明了它们的有效性。 对于量子计算机，很难证明某些东西。
您可以简单地转向统计：多次运行该算法（有可能消除量子加速的部分或全部优势）并获得最常见的答案。 IBM特别是通过公众参与来解决此问题，邀请所有人试用其计算机。 如果它们在当前状态下对某些事情有用，那么有人可能会猜出来。
适用于质量控制的SDK
如何吸引公众在需要提供液氦冷却且无法运行现有软件的基础设施的机器上工作？ 该问题的部分答案位于计算机室的一面墙壁上，以更传统的基于
POWER微处理器的服务器的形式出现。 服务器接受已注册测试量子设备的人员发送的任务。 其中既有大型金融公司，也有学习计算机科学的学生。
但是IBM依赖答案的另一部分：高级SDK，它称为QISKit。 正如她的控制系统开发人员Sarah Sheldon所描述的那样，该系统的微波脉冲依赖于一组任意波形发生器，混频器和放大器。 但是QISKit允许用户忽略所有这些细节。 它允许他们分配各个量子位及其连接的初始状态，然后该软件（如量子编译器）将其转换为系统正常工作所需的一组光脉冲。 “您永远不会遇到微波脉冲，”杰伊·甘贝塔（Jay Gambetta）保证。
编程使用Python进行，使人们可以使用现有的技能。
冷却系统已关闭，无需更换氦气简化访问是鼓励第三方参与的肯定方法，但是企业的成功使IBM承担了管理社区的任务。 甘贝塔（Gambetta）强调说，创建QISKit和随附的编译器是为了获得可以运行的系统。 他讨论了如何使系统更具模块化，以便它可以包括来自不同用户的贡献-他认为，IBM团队对代码的贡献已经超出其处理能力。 他还提到他想开始收集诸如代码库之类的东西，并指出诸如实现
快速傅立叶变换之类的东西已显示出解决大量问题的价值。
在IBM鼓励这种努力的同时，甘贝塔（Gambetta）也希望人们自然唤醒对这个主题的兴趣。 自诞生以来，量子计算大部分时间都属于物理学领域。 计算机科学家认为这样做没有任何理由，因为设备根本无法为他们提供任何计算。 情况开始发生变化，计算机科学家的贡献可能对该领域的发展至关重要，因为正如甘贝塔（Gambetta）所指出的那样，“他们以不同的方式考虑任务，而不像我们物理学家那样。”
他还对在计算机科学课程中使用IBM设备表示乐观。 当量子计算成为教育人们的常规部分时，他们将更容易与他们联系起来，将其作为对特定任务有用的工具。 在这一点上，从人们只需要确定编写特殊代码的可能加速是否值得的意义上来说，量子计算机将变得像GPU或其他专用设备。
通常，在访问之后，我给人的印象是量子计算已经到了一个过渡点。 巡视的一部分是为了看设备，但它可能会成为该地区最不有趣的部分。 随着进步的发展和新量子位的增加，该过程将是一个缓慢的改进和经验测试。 隐藏在充满液氦的精心绝缘的储罐中的设备并不是最有趣的东西。
现在，整个任务归结为如何最大程度地利用现有设备，以及如何使用它来保证我们随时准备增加计算机的功能。 那时，人为因素-经验的收集和社区管理-变得越来越重要。