全世界各地的主要實驗室不斷針對量子運算進行深入研究，甚至包括新進該領域的Google。然而，IBM宣稱，從該公司在量子運算研究長達30年的經驗來看，顯示Goole在其「線性」設計方面的構想並不正確，因為IBM所採用的「方磚」(square tiled)設計能夠解決在量子運算方面最重要的錯誤校正問題，而且能夠因應未來的需求調整至任意規模。
IBM從1981年開始尋找合適的量子運算架構，當時該公司出席了諾貝爾獎得主理察．費曼(Richard Feynman)首次的「資訊實體」(physics of information)專題討論，Richard Feynman在討論中提出了量子運算的概念。
在接下來的34年，IBM持續發展費曼的理論，發明了自家的量子運算架構，並進行各種實驗，如今已能讓元件可靠地擴展到任意數量的量子位元(qubit；Qb)——無限地延伸摩爾定律——因為它只需要50Qb，就能超越Top500.org超級電腦排行榜上最快速的超級電腦。
「我們目前正發佈一款4Qb的系統，並針對8Qb的系統展開實驗，」IBM Research Center實驗量子運算部門經理Jerry Chow表示，「但與其他設計不同的是，我們已經解決了一連串的問題，使其得以擴展到使用任何量子位元數的超級電腦。」
目前的原型(下圖)在市售的超級冰箱中被冷卻至15 mK(開氏溫標)，目前已經解決在量子運算中兩個最重要的問題。根據IBM表示，這是指同時校正位元翻轉與相位翻轉的錯誤，以及可完全擴展至任何尺寸。
IBM的4個超導量子位元首次利用正方形晶格檢測兩種量子錯誤 ，包括位元誤差和相位誤差。
（來源：IBM Research）
「在針對量子運算進行研究節道路上，校正錯誤是最重要的問題，因為量子位元並不像一般電腦位元那樣強勁穩定，」Jerry Chow表示，「量子位元十分脆弱，並且可能因為環境與系統中的各種雜訊而受損。」
在量子電腦中有兩種重要的錯誤必須加以校正——位元錯誤(從1到0或從0到1翻轉錯誤)以及相位翻轉誤差(這可能導致訊號在彼此間相減而非相加) 。遺憾的是，要一次解決這兩種錯誤是非常困難的。為了解決這個問題，IBM表示必須採用方形架構，才能同時解決兩個問題或其中一個問題，而Google採用線性陣列架構則存在限制。其結果是，IBM的4Qb方形陣列帶來了4倍冗餘，但也實現了可無誤差擴展的量子電腦。
IBM的最佳化方磚佈局，可增加更多量子位元以及擴展至更大的系統。
（來源：IBM Research）
「量子電腦需要近乎完美的量子位元，才能進行有意義的運算，所以必須要利用一些量子位元來進行錯誤校正，」Jerry Chow表示，事實上，我們目前正在打造8Qb的架構，為單一量子位元校正其他可能的錯誤。同時，我們認為大約需要13-17Qb或更多的量子位元數，才能使單一量子位元完全可靠。」
原因在於量子位元不只是像一般位元一樣擁有一個0或1，而是能夠疊加數值，「他們是一部份的0與部份1，而這也就是為什麼在量小計算期間難以完整保留之故，」Jerry Chow說。
在目前的4Qb架構中，其中有2Qb的值可加以保存，而其他的2Qb則可分別用於告訴你是否存在任何位元翻轉或相位翻轉錯誤。
IBM的Jerry Chow在IBM華生研究中心的量子運算實驗室中檢測量子位元。
（來源：IBM Research）
接下來，IBM渴望達到量子運算的神聖目標——完美無瑕的量子位元——可形成讓一台真的量子電腦擴展成任何規模的基礎。為了實現這個目標，IBM計劃以增加量子位元(目前是以8位元表面晶格)來擴展現有架構，以期提供更佳保護與校正量子位元錯誤，從而達到展開行銷真正量子電腦所需的完善程度。
「這可能得在一個可擴展的晶格中使用8、13、17或甚至49Qb，才能實現完美的神聖目標；此外，該架構可能必須改變為矩形或六角形或其他對稱的結構。但我們現在深信這絕對是一個可實現的目標。」
IBM的量子運算架構利用可擴展的堆疊模組，檢測並校正量子錯誤，而且可望解決傳統電腦無法處理的問題。
（來源：IBM Research）
一旦完善化量子電腦，不僅能夠破解當今任何加密的代碼，製作出無法破解的新代碼，同時還能讓研究人員們瞭解傳統電腦無法模擬的實體過程。例如，可讓普通流程運作的所有分子互動，有助於設計者創造出當今無法想像的材料，從非結構性的巨量資料即時歸納出有意義的看法，以及真正理解目前只能透過反覆試驗才能發現的化學反應。
Jerry Chow強調，「量子電腦將在各個產業催生一個創新節新時代。」
IBM的研究工作一部份來自美國情報先進計劃研究署(IARPA)多量子位元相干—操作計劃的贊助。
編譯：Susan Hong
(參考原文：IBM Solves Quantum Computing，by R. Colin Johnson)
資料來源:電子工程專輯
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