IBM：量子计算与 AI 的奇妙融合之旅

一、引言

IBM 作为科技领域的巨头，一直在探索量子计算与人工智能结合的新路径。这种结合不仅为科技发展带来了新的机遇，也为未来的创新应用奠定了基础。本文将深入探讨 IBM 在量子计算与 AI 结合方面的最新进展与优势。

量子计算和人工智能，这两个前沿领域的融合，正成为科技发展的新焦点。IBM 凭借其在科技领域的深厚底蕴和创新精神，积极推动量子计算与 AI 的结合，为未来的科技进步开辟了新的道路。

量子计算具有强大的计算能力，能够解决传统计算机难以处理的复杂问题。而人工智能则在数据分析、模式识别和决策制定等方面表现出色。将两者结合起来，有望实现更高效的计算和更智能的决策。

IBM 在量子计算领域一直处于领先地位，不断在硬件、软件和系统技术上取得突破。其研发的量子计算机已在全球各地部署，为量子计算的实际应用奠定了基础。同时，IBM 也是人工智能技术领域的领导者，其 WatsonX 平台自 2011 年在 Jeopardy 游戏节目中获胜以来，不断发展壮大，成为一个可扩展的企业级平台，拥有人工智能工作室、数据、管理方案和助手解决方案。

现在，IBM 正将量子计算与人工智能这两种强大的技术结合在一起，以增强量子计算能力并加速其应用。通过将人工智能技术集成到量子计算的 Qiskit 软件中，IBM 提高了 SDK 工具和 OpenQASM3 的易用性。利用其 watsonx 生成式 AI 平台和 Granite AI 模型，IBM 为开发者提供支持，辅助生成量子代码。此外，IBM 还在研究和开发新的 AI 模型，以改进量子计算中的关键问题，如优化超导量子电路、管理资源以及对量子计算中的错误进行抑制、缓解和纠正。

IBM 还推出了带有 Visual Studio 扩展的 Qiskit Code Assistant 服务，并计划提供两个量子聊天机器人，一个用于协助开发者，另一个则面向 IBM Quantum 服务的普通用户。在电路优化方面，AI 模型可将转译器服务作为插件嵌入到 Qiskit SDK 中，或与启发式方法结合使用，使电路规模扩大了 40%，质量更好，并将处理速度提高了 2 至 5 倍。对于资源管理，IBM 正在开发 AI 解决方案，以更好地估计量子运行时间，标记可能失败的工作负载，并区分电路以实现并行处理，从而更好地利用经典资源和量子资源完成并行计算，这其中也包括利用 AI 超级计算集群。

未来，IBM 设定了宏伟目标，即 2029 年实现 1 亿个量子门的量子电路，并预计在 2033 年达到 10 亿个量子门。这意味着量子计算将在未来几年内加速迈入量子实际应用部署阶段。在 2029 年，我们可能就会看到结合了最先进 CPU、GPU 及 QPU 的异构数据中心。

相信在不久的将来，量子计算与人工智能的结合将为我们带来更强大的计算能力和更智能的应用，为人类的生活带来更多的便利和创新。

二、IBM 量子计算与 AI 结合的背景

量子计算和人工智能的融合并非偶然。在当今科技飞速发展的时代，这两个领域都展现出了巨大的潜力和价值。量子计算以其强大的计算能力，能够解决传统计算机难以处理的复杂问题，为科学研究和实际应用带来了新的可能性。而人工智能则在数据分析、模式识别和决策制定等方面表现出色，为各行各业提供了智能化的解决方案。

IBM 作为科技领域的领军企业，一直致力于推动量子计算和人工智能的发展。在量子计算领域，IBM 投入早、投入大，目前已经取得了全球领先的地位。自 2017 年以来，IBM 每年将量子体积翻一番，不断在硬件、软件和系统技术上取得突破。其研发的量子计算机已在全球各地部署，为量子计算的实际应用奠定了基础。

在人工智能领域，IBM 同样成绩斐然。IDC 报告称 IBM 已成为全球人工智能市场排名第一的领导者。IBM 的 WatsonX 平台自 2011 年在 Jeopardy 游戏节目中获胜以来，不断发展壮大，成为一个可扩展的企业级平台，拥有人工智能工作室、数据、管理方案和助手解决方案。

量子计算和人工智能在技术本质上虽有不同，但二者的结合具有天然的优势。量子计算可以为人工智能提供更强大的计算能力，加速人工智能算法的训练和优化。而人工智能则可以为量子计算提供更高效的算法和优化策略，提高量子计算的性能和稳定性。

IBM 积极践行量子计算与 AI 结合的发展趋势，将两者的优势充分发挥出来。通过将人工智能技术集成到量子计算的 Qiskit 软件中，IBM 提高了 SDK 工具和 OpenQASM3 的易用性。利用其 watsonx 生成式 AI 平台和 Granite AI 模型，IBM 为开发者提供支持，辅助生成量子代码。此外，IBM 还在研究和开发新的 AI 模型，以改进量子计算中的关键问题，如优化超导量子电路、管理资源以及对量子计算中的错误进行抑制、缓解和纠正。

IBM 的努力不仅为科技发展带来了新的机遇，也为未来的创新应用奠定了基础。随着量子计算和人工智能的不断融合，我们有理由相信，未来将会出现更多更强大的应用，为人类的生活带来更多的便利和创新。

三、IBM 量子计算与 AI 结合的方式

IBM 在量子计算与 AI 结合方面采取了多种创新方式，展现出了强大的技术实力和前瞻性的战略布局。

1. 集成人工智能技术提高 Qiskit 软件易用性

IBM 利用 Watsonx 平台和 Granite AI 模型将人工智能技术集成到量子计算的 Qiskit 软件中。这一举措极大地提高了 SDK 工具和 OpenQASM3 的易用性。通过这种方式，开发者能够更加便捷地使用量子计算资源，加速量子计算的应用开发。Granite AI 模型为开发者提供了强大的支持，辅助生成量子代码，使得量子计算的开发过程更加高效。

2. 开发新的 AI 模型改进量子计算关键问题

优化超导量子电路和管理资源：IBM 积极开发新的 AI 模型，致力于优化超导量子电路，提升量子计算的性能。同时，对资源进行有效管理，确保量子计算过程中的资源得到合理分配和利用。
抑制、缓解和纠正量子计算错误：量子计算中的错误是一个关键问题，IBM 通过新的 AI 模型对量子计算中的错误进行抑制、缓解和纠正，提高量子计算的准确性和可靠性。
嵌入转译器服务优化电路：将转译器服务作为插件嵌入到 Qiskit SDK 中，或与启发式方法结合使用，能够更好地将抽象电路映射到量子 ISA 电路，使电路规模扩大 40%，质量更好，并将处理速度提高 2 至 5 倍。
开发 AI 解决方案管理资源：开发 AI 解决方案，更好地估计量子运行时间，标记可能失败的工作负载，并区分电路以实现并行处理。这样可以更好地利用经典资源和量子资源完成并行计算，其中也包括利用 AI 超级计算集群。

3. 推出量子聊天机器人和 Qiskit Code Assistant 服务

提供量子聊天机器人：IBM 推出两个量子聊天机器人，分别协助开发者和普通用户。这些聊天机器人为不同用户群体提供了便捷的量子计算服务支持，促进了量子计算的普及和应用。
推出带有 Visual Studio 扩展的 Qiskit Code Assistant 服务：该服务为开发者提供了更加便捷的开发环境，通过 Visual Studio 扩展，开发者可以更加高效地使用 Qiskit 进行量子计算开发。

四、IBM 量子计算与 AI 结合的案例

1. Moderna 与 IBM 合作利用 AI 模型 MoLFormer 优化 mRNA 和脂质纳米颗粒递送载体，共同探索量子计算方法在解决 Moderna 技术挑战方面的潜在应用。

美国当地时间 4 月 20 日，Moderna 和 IBM 宣布达成新合作协议，双方将基于 AI 技术和量子计算技术推进 mRNA 药物的研究与开发。在 AI 模型方面，Moderna 开发的 MoLFormer 是一种 AI 基础模型，可帮助研究人员预测分子特性，探索潜在的 mRNA 药物特征。Moderna 将利用 MoLFormer 来帮助优化 mRNA 和脂质纳米颗粒递送载体，其中 mRNA 用于为细胞对抗疾病传递指令，脂质纳米颗粒则用于包裹、保护和递送 mRNA。接下来，双方将结合生成式 AI 来设计具有更好性能和安全性的 mRNA 药物。在量子计算方面，两家公司将共同探索量子计算方法在解决 Moderna 所面临的技术挑战方面的潜在应用。Moderna 将参与 IBM 的量子加速器计划和量子网络，而 IBM 则向 Moderna 提供量子计算系统的访问权限，同时提供协助 Moderna 探索由量子技术驱动的生命科学应用的专业知识。

2. 韩国量子计算公司与 IBM 合作提供 IBM 全栈人工智能解决方案，包括 watsonx，扩大与 IBM 在量子计算方面的合作，计划在韩国釜山部署 IBM Quantum System Two。

韩国量子计算公司（Korea Quantum Computing，KQC）已与 IBM 合作，提供 IBM 最先进的人工智能软件和基础设施，以及量子计算服务。KQC 的用户生态系统将可以使用 IBM 的全栈人工智能解决方案，包括 watsonx，这是一个人工智能和数据平台，用于为企业培训、调整和部署先进的人工智能模型和软件。KQC 还扩大了与 IBM 在量子计算方面的合作，自 2022 年以来，KQC 一直作为 IBM 量子创新中心运营，它将继续通过云提供对 IBM 全球公用事业规模量子系统的访问。此外，IBM 和 KQC 计划到 2028 年在韩国釜山 KQC 现场部署 IBM Quantum System Two。此次合作包括对基础设施的投资，以支持生成式人工智能的开发和部署。人工智能优化基础设施的计划包括先进的 GPU 和 IBM 的人工智能单元（AIU），由红帽 OpenShift 管理，以提供云原生环境。GPU 系统和 AIU 的结合旨在为成员提供最先进的硬件，以推动人工智能研究和商业机会。除了 IBM，KQC 还与其他韩国机构合作，为该国的量子计算生态系统做出贡献。

五、IBM 量子计算与 AI 结合的优势

增强量子计算能力

提高量子计算的处理速度和效率：IBM 通过将人工智能技术集成到量子计算的 Qiskit 软件中，利用其 watsonx 生成式 AI 平台和 Granite AI 模型辅助生成量子代码，同时在电路优化方面，AI 模型将转译器服务作为插件嵌入到 Qiskit SDK 中，或与启发式方法结合使用，使电路规模扩大了 40%，质量更好，并将处理速度提高了 2 至 5 倍。此外，IBM 还承诺通过全新软件基础让量子计算速度提升 100 倍，大大提高了量子计算的处理速度和效率。
扩大电路规模，提高电路质量：通过采用新的算法和技术，如将转译器服务作为插件嵌入到 Qiskit SDK 中，以及与启发式方法结合使用，IBM 成功扩大了电路规模，提高了电路质量。例如，新推出的 IBM Quantum Heron 处理器架构历经 4 年设计、研发，性能提升了 3 至 5 倍，几乎消除了量子计算领域最为棘手的问题之一 ——“串扰”，为扩大电路规模和提高电路质量提供了硬件支持。

加速量子计算应用

为开发者提供更好的支持，简化量子工作流程：IBM 利用 Watsonx 平台和 Granite AI 模型将人工智能技术集成到量子计算的 Qiskit 软件中，提高了 SDK 工具和 OpenQASM3 的易用性，为开发者提供了强大的支持，辅助生成量子代码。此外，IBM 还推出了带有 Visual Studio 扩展的 Qiskit Code Assistant 服务，并计划提供两个量子聊天机器人，一个用于协助开发者，另一个则面向 IBM Quantum 服务的普通用户，进一步简化了量子工作流程。
协调经典计算和量子计算资源，提高资源利用率：IBM 正在开发 AI 解决方案，以更好地估计量子运行时间，标记可能失败的工作负载，并区分电路以实现并行处理，从而更好地利用经典资源和量子资源完成并行计算，这其中也包括利用 AI 超级计算集群。通过这种方式，IBM 协调了经典计算和量子计算资源，提高了资源利用率。

推动科技发展

为未来的异构数据中心提供可能，结合最先进的 CPU、GPU 及 QPU：IBM 设定了宏伟目标，即 2029 年实现 1 亿个量子门的量子电路，并预计在 2033 年达到 10 亿个量子门。这意味着量子计算将在未来几年内加速迈入量子实际应用部署阶段。在 2029 年，我们可能就会看到结合了最先进 CPU、GPU 及 QPU 的异构数据中心。这种结合将为未来的科技发展提供强大的计算能力和创新动力。
为大模型时代的 AI 训练提供另一种可能路径：利用量子并行的计算优势，玻色量子的相干光量子计算机可在毫秒之内解决大规模二进制优化问题，为大模型时代的 AI 训练提供了另一种可能路径。IBM 也在积极探索量子计算与 AI 的结合，为大模型时代的 AI 训练提供更多的可能性。

六、结论

IBM 在量子计算与 AI 结合方面的显著进展，为科技领域带来了新的突破，展现出了广阔的发展前景。

一方面，IBM 将量子计算与 AI 相结合，不仅提高了量子计算的处理速度和效率，扩大了电路规模和质量，还为开发者提供了更好的支持，简化了量子工作流程，协调了经典计算和量子计算资源，提高了资源利用率。这些优势为未来的科技发展提供了强大的计算能力和创新动力，为异构数据中心的实现提供了可能，也为大模型时代的 AI 训练提供了另一种路径。

另一方面，IBM 的努力也引起了各界的广泛关注和合作。例如，Moderna 与 IBM 合作利用 AI 模型优化 mRNA 和脂质纳米颗粒递送载体，共同探索量子计算在解决技术挑战方面的潜在应用；韩国量子计算公司与 IBM 合作提供全栈人工智能解决方案，扩大量子计算方面的合作，并计划部署 IBM Quantum System Two。此外，IBM 咨询大中华区总裁陈科典表示，“量子计算 + 人工智能 + 混合云” 的未来将给世界带来巨大效益。英伟达和 IBM 也在主攻 “量子计算 + AI”，利用 AI 改进量子处理器、实现量子纠错、开发高效的量子算法。

相信在未来，随着技术的不断进步和融合，IBM 在量子计算与 AI 结合方面将取得更加辉煌的成就，为人类带来更强大的算力和更美好的生活。

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