IBM为其量子计算机打造更优冰箱
内容提要
IBM发布新型模块化低温稀释制冷机，首批两个模块已建成并冷却，计划年内安装Nighthawk处理器测试。该设计旨在连接多个量子处理器，为未来容错量子计算机扩展至数千乃至数十万量子比特提供空间和冷却支持，预计明年部署，2029年Starling系统需约12个模块。
延伸解读
模块化设计的实际意义
IBM的新制冷机采用模块化设计，将制冷基础设施分成可连接的矩形单元。这种设计不仅便于制造和运输，还能在客户端快速组装。更重要的是，模块化允许IBM在不重建整个制冷机的情况下，更换针对新处理器优化的接线组件，从而加快技术迭代。
冷却与布线的挑战
量子处理器需要极低温度以减少噪声，但增加量子比特意味着更多布线和电子设备，这些都会产生热量。IBM在测试中模拟了30微瓦的热负载，系统仍能维持在23毫开尔文。新模块的布线空间是早期Quantum System One的12倍，为未来扩展提供了物理空间。
处理器间连接的进展
连接多个处理器是构建大规模量子计算机的关键。IBM计划使用L-coupler超导电缆在芯片间传输微波光子，目前最佳双量子比特操作保真度已达99.3%，目标是99.9%。这一技术已在Flamingo原型中验证，但距离容错系统所需的高可靠性仍有差距。
Q&A
IBM新发布的低温稀释制冷机有什么特点？
IBM的新型低温稀释制冷机采用模块化设计，首批两个模块已建成并冷却，尺寸约8英尺高、8英尺宽，可达到低于15毫开尔文的温度。在模拟负载下，运行温度为23毫开尔文。每个模块的布线空间比IBM 2019年推出的Quantum System One大约12倍。
为什么量子计算机需要极低的温度？
超导量子处理器需要在接近绝对零度的温度下运行，以减少噪声。噪声是稳定、长期运行的量子计算机的主要敌人之一。
IBM的模块化制冷机如何支持量子计算机的扩展？
模块化设计允许将多个制冷单元连接起来，形成一个共享的超冷环境，从而可以放置多个量子处理器。这为未来容错量子计算机扩展至数千甚至数十万物理量子比特提供了空间和冷却支持。
IBM计划如何测试新型制冷机？
IBM计划在今年晚些时候在每个模块中安装一个Nighthawk处理器，以测试处理器在新型制冷机中的工作性能以及模块间通信能力。
IBM的L-coupler是什么？它的性能如何？
L-coupler是一种超导电缆，可以传输微波光子，用于连接芯片，距离可达一米。它可以在芯片之间传输量子态或执行双量子比特操作。IBM已演示了L-coupler，其最佳双量子比特操作保真度达到99.3%，目标是达到99.9%以用于容错系统。
IBM的模块化制冷机预计何时部署？未来系统需要多少个模块？
IBM预计明年开始部署模块化制冷机。首批系统将使用两到三个模块，支持约1000个可编程物理量子比特。到2029年，其Starling系统预计需要约12个模块。
IBM在通往容错量子计算机的道路上遇到的最大挑战是什么？
IBM认为可靠性是最大的挑战。随着系统从数千量子比特扩展到数十万量子比特，系统的所有方面都需要提高1000倍的可靠性。
