當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月12日， 在一年一度的量子開(kāi)發(fā)者大會(huì)上，IBM公布了其在實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)（到 2026 年底）和容錯(cuò)量子計(jì)算（到 2029 年）方面取得的重大進(jìn)展：發(fā)布了專為量子優(yōu)勢(shì)而打造的全新量子處理器處理器IBM Quantum Nighthawk（夜鷹），可提供復(fù)雜度提升 30% 的電路；通過(guò)實(shí)驗(yàn)性量子處理器IBM Quantum Loon 演示了容錯(cuò)量子計(jì)算的所有硬件元素，實(shí)現(xiàn)高效的量子糾錯(cuò)解碼，速度比目前領(lǐng)先的方法快 10 倍。IBM還通過(guò)轉(zhuǎn)向 300 毫米晶圓制造設(shè)施將開(kāi)發(fā)速度提高了一倍，同時(shí)將量子芯片的物理復(fù)雜性提高了 10 倍，以實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)糾錯(cuò)路線圖。

IBM研究院院長(zhǎng)兼IBM院士杰伊·甘貝塔表示：“要將真正實(shí)用的量子計(jì)算帶給世界，需要克服諸多挑戰(zhàn)。我們相信，IBM是唯一一家能夠快速研發(fā)并擴(kuò)展量子軟件、硬件、制造工藝和糾錯(cuò)技術(shù)，從而解鎖變革性應(yīng)用的公司。今天，我們非常高興地宣布其中許多里程碑式的成就?！?/p>

IBM量子計(jì)算機(jī)旨在實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘍?yōu)勢(shì)

IBM 推出了全新的量子處理器 IBM Quantum Nighthawk，這是迄今為止最先進(jìn)的量子處理器，其架構(gòu)旨在與高性能量子軟件相輔相成，從而在明年實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)：屆時(shí)量子計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力將優(yōu)于所有僅使用經(jīng)典方法的方法。

△IBM研究員展示IBM Quantum Nighthawk芯片（圖片來(lái)源：IBM）

IBM Nighthawk 預(yù)計(jì)將于 2025 年底交付給 IBM 用戶，并將提供：

120個(gè)量子位與218個(gè)下一代可調(diào)耦合器連接在一起，以方形晶格的形式連接到四個(gè)最近的鄰居，與IBM Quantum Heron相比，耦合器增加了20%以上；

這種增加的量子比特連接將使用戶能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行比IBM以前的處理器復(fù)雜30%的電路，同時(shí)保持低錯(cuò)誤率；

該架構(gòu)將使用戶能夠探索需要多達(dá) 5,000 個(gè)雙量子比特門的計(jì)算要求更高的問(wèn)題，這是對(duì)量子計(jì)算至關(guān)重要的基本糾纏作。

IBM預(yù)計(jì)Quantum Nighthawk的未來(lái)迭代將在2026年底前提供多達(dá)7500個(gè)量子比特門，然后在2027年提供多達(dá)10000個(gè)量子比特門。到2028年，基于夜鷹的系統(tǒng)可以支持多達(dá)15000個(gè)雙量子比特門，由1000個(gè)或更多連接的量子比特通過(guò)去年首次在IBM實(shí)驗(yàn)處理器上演示的遠(yuǎn)程耦合器擴(kuò)展而成。

IBM預(yù)計(jì)，到2026年底，首批經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的量子優(yōu)勢(shì)將得到更廣泛社區(qū)的證實(shí)。為了鼓勵(lì)他們進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證并推進(jìn)最佳的量子和經(jīng)典方法，IBM、Algorithmiq、Flatiron Institute的研究人員和BlueQubit正在為一個(gè)開(kāi)放的、由社區(qū)主導(dǎo)的量子優(yōu)勢(shì)跟蹤器貢獻(xiàn)新的結(jié)果，以系統(tǒng)地監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證新興的優(yōu)勢(shì)演示。

如今，社區(qū)跟蹤器支持三個(gè)實(shí)驗(yàn)，以在可觀測(cè)估計(jì)、變分問(wèn)題和高效經(jīng)典驗(yàn)證問(wèn)題上獲得量子優(yōu)勢(shì)。IBM鼓勵(lì)社區(qū)為跟蹤器做出貢獻(xiàn)，并用最好的經(jīng)典方法來(lái)回推動(dòng)。

Algorithmiq首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Sabrina Maniscalco表示：“我很自豪我們Algorithmiq的團(tuán)隊(duì)正在領(lǐng)導(dǎo)新量子優(yōu)勢(shì)跟蹤器的三個(gè)項(xiàng)目之一。我們?cè)O(shè)計(jì)的模型探索了如此復(fù)雜的制度，它挑戰(zhàn)了迄今為止測(cè)試的所有最先進(jìn)的經(jīng)典方法。我們看到了有希望的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，F(xiàn)latiron研究所的研究人員進(jìn)行的獨(dú)立模擬驗(yàn)證了其經(jīng)典硬度。這些只是第一步——量子優(yōu)勢(shì)需要時(shí)間來(lái)驗(yàn)證，跟蹤器將讓每個(gè)人都跟隨這一旅程?！?/p>

BlueQubit首席技術(shù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Hayk Tepanyan表示：“BlueQubit很自豪能夠支持IBM追蹤量子優(yōu)勢(shì)聲明和算法的努力，因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)正在進(jìn)入一個(gè)超越經(jīng)典的領(lǐng)域。通過(guò)我們圍繞峰值電路的工作，我們很高興能夠幫助正式確定量子計(jì)算機(jī)開(kāi)始以數(shù)量級(jí)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的情況?！?/p>

為了在突破性的量子硬件上追求經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的量子優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)人員需要能夠高度控制他們的電路，并使用高性能經(jīng)典計(jì)算機(jī)（HPC）來(lái)減輕計(jì)算中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

Qiskit是由IBM開(kāi)發(fā)的世界上性能最好的量子軟件棧。它現(xiàn)在通過(guò)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)電路功能，在100多個(gè)量子比特的規(guī)模上提高了24%的精度，為開(kāi)發(fā)人員提供了比以往任何時(shí)候都更多的控制權(quán)。IBM還擴(kuò)展了Qiskit，推出了一種新的執(zhí)行模型，可以實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度控制和C-API，解鎖HPC加速的錯(cuò)誤緩解功能，將提取準(zhǔn)確結(jié)果的成本降低100倍以上。

隨著量子計(jì)算機(jī)的成熟，全球量子社區(qū)正在向HPC和科學(xué)社區(qū)擴(kuò)展。IBM正在向Qiskit提供一個(gè)由C-API提供支持的C++接口，以使用戶能夠在現(xiàn)有的HPC環(huán)境中對(duì)量子進(jìn)行本機(jī)編程。IBM繼續(xù)在高級(jí)電路執(zhí)行能力方面處于領(lǐng)先地位，包括動(dòng)態(tài)電路和增加對(duì)電路執(zhí)行的控制以減輕錯(cuò)誤。

到2027年，IBM計(jì)劃在機(jī)器學(xué)習(xí)和優(yōu)化等領(lǐng)域用計(jì)算庫(kù)擴(kuò)展Qiskit，以更好地解決微分方程和哈密頓模擬等基本物理和化學(xué)挑戰(zhàn)。

IBM為容錯(cuò)量子計(jì)算提供構(gòu)建塊

與此同時(shí)，IBM正在迅速實(shí)現(xiàn)到2029年建造世界上第一臺(tái)大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的里程碑。

IBM公司宣布推出IBM Quantum Loon，這是其實(shí)驗(yàn)性量子處理器，首次表明IBM已經(jīng)展示了容錯(cuò)量子計(jì)算所需的所有關(guān)鍵處理器組件。IBM Loon將驗(yàn)證一種新架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展實(shí)用、高效量子糾錯(cuò)所需的組件。IBM已經(jīng)展示了將被整合到Loon中的突破性功能，包括引入多個(gè)高質(zhì)量、低損耗的路由層，為更長(zhǎng)的片上連接（或“c耦合器”）提供路徑，這些連接超越了最近鄰耦合器，在同一芯片上將遠(yuǎn)處的量子位物理連接在一起，以及在計(jì)算之間重置量子位的技術(shù)。

△IBM Quantum Loon芯片

在容錯(cuò)量子計(jì)算的另一個(gè)關(guān)鍵支柱上，IBM已經(jīng)證明，可以使用經(jīng)典計(jì)算硬件使用qLDPC碼實(shí)時(shí)（小于480納秒）準(zhǔn)確解碼錯(cuò)誤。這一工程壯舉提前一年完成。與 Quantum Loon一起，這展示了在構(gòu)成IBM量子計(jì)算機(jī)核心的高速、高保真超導(dǎo)量子比特上擴(kuò)展qLDPC碼所需的基石。

IBM將制造規(guī)模擴(kuò)大到300mm設(shè)施，以加快量子晶圓開(kāi)發(fā)

隨著IBM擴(kuò)展其量子計(jì)算機(jī)，它宣布其量子處理器晶片的主要制造正在紐約州奧爾巴尼納米技術(shù)綜合體的一個(gè)先進(jìn)的300mm晶片制造工廠進(jìn)行。

△Image caption IBM研究員手持300mm IBM Quantum Nighthawk晶圓（圖片來(lái)源：IBM）

該設(shè)施內(nèi)最先進(jìn)的半導(dǎo)體工具和始終在線的能力已經(jīng)加快了IBM學(xué)習(xí)、改進(jìn)和擴(kuò)展其量子處理器能力的速度；允許公司提高其量子比特連接、密度和性能。迄今為止，IBM已經(jīng)能夠：通過(guò)將構(gòu)建每個(gè)新處理器所需的時(shí)間減少至少一半，將其研發(fā)速度提高一倍；將其量子芯片的物理復(fù)雜性提高十倍；使多個(gè)設(shè)計(jì)能夠并行研究和探索。