當?shù)貢r間11月12日， 在一年一度的量子開發(fā)者大會上，IBM公布了其在實現(xiàn)量子優(yōu)勢（到 2026 年底）和容錯量子計算（到 2029 年）方面取得的重大進展：發(fā)布了專為量子優(yōu)勢而打造的全新量子處理器處理器IBM Quantum Nighthawk（夜鷹），可提供復雜度提升 30% 的電路；通過實驗性量子處理器IBM Quantum Loon 演示了容錯量子計算的所有硬件元素，實現(xiàn)高效的量子糾錯解碼，速度比目前領先的方法快 10 倍。IBM還通過轉(zhuǎn)向 300 毫米晶圓制造設施將開發(fā)速度提高了一倍，同時將量子芯片的物理復雜性提高了 10 倍，以實現(xiàn)容錯糾錯路線圖。
IBM研究院院長兼IBM院士杰伊·甘貝塔表示：“要將真正實用的量子計算帶給世界，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)并擴展量子軟件、硬件、制造工藝和糾錯技術(shù)，從而解鎖變革性應用的公司。今天，我們非常高興地宣布其中許多里程碑式的成就?！?/p>
IBM量子計算機旨在實現(xiàn)規(guī)?；瘍?yōu)勢
IBM 推出了全新的量子處理器 IBM Quantum Nighthawk，這是迄今為止最先進的量子處理器，其架構(gòu)旨在與高性能量子軟件相輔相成，從而在明年實現(xiàn)量子優(yōu)勢：屆時量子計算機解決問題的能力將優(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（圖片來源：IBM）
IBM Nighthawk 預計將于 2025 年底交付給 IBM 用戶，并將提供：
120個量子位與218個下一代可調(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確地執(zhí)行比IBM以前的處理器復雜30%的電路，同時保持低錯誤率；
該架構(gòu)將使用戶能夠探索需要多達 5,000 個雙量子比特門的計算要求更高的問題，這是對量子計算至關(guān)重要的基本糾纏作。
IBM預計Quantum Nighthawk的未來迭代將在2026年底前提供多達7500個量子比特門，然后在2027年提供多達10000個量子比特門。到2028年，基于夜鷹的系統(tǒng)可以支持多達15000個雙量子比特門，由1000個或更多連接的量子比特通過去年首次在IBM實驗處理器上演示的遠程耦合器擴展而成。
IBM預計，到2026年底，首批經(jīng)過驗證的量子優(yōu)勢將得到更廣泛社區(qū)的證實。為了鼓勵他們進行嚴格的驗證并推進最佳的量子和經(jīng)典方法，IBM、Algorithmiq、Flatiron Institute的研究人員和BlueQubit正在為一個開放的、由社區(qū)主導的量子優(yōu)勢跟蹤器貢獻新的結(jié)果，以系統(tǒng)地監(jiān)測和驗證新興的優(yōu)勢演示。
如今，社區(qū)跟蹤器支持三個實驗，以在可觀測估計、變分問題和高效經(jīng)典驗證問題上獲得量子優(yōu)勢。IBM鼓勵社區(qū)為跟蹤器做出貢獻，并用最好的經(jīng)典方法來回推動。
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的團隊正在領導新量子優(yōu)勢跟蹤器的三個項目之一。我們設計的模型探索了如此復雜的制度，它挑戰(zhàn)了迄今為止測試的所有最先進的經(jīng)典方法。我們看到了有希望的實驗結(jié)果，F(xiàn)latiron研究所的研究人員進行的獨立模擬驗證了其經(jīng)典硬度。這些只是第一步——量子優(yōu)勢需要時間來驗證，跟蹤器將讓每個人都跟隨這一旅程?！?/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)勢聲明和算法的努力，因為量子計算機正在進入一個超越經(jīng)典的領域。通過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算機開始以數(shù)量級超越經(jīng)典計算機的情況?！?/p>
為了在突破性的量子硬件上追求經(jīng)過驗證的量子優(yōu)勢，開發(fā)人員需要能夠高度控制他們的電路，并使用高性能經(jīng)典計算機（HPC）來減輕計算中出現(xiàn)的錯誤。
Qiskit是由IBM開發(fā)的世界上性能最好的量子軟件棧。它現(xiàn)在通過擴展動態(tài)電路功能，在100多個量子比特的規(guī)模上提高了24%的精度，為開發(fā)人員提供了比以往任何時候都更多的控制權(quán)。IBM還擴展了Qiskit，推出了一種新的執(zhí)行模型，可以實現(xiàn)細粒度控制和C-API，解鎖HPC加速的錯誤緩解功能，將提取準確結(jié)果的成本降低100倍以上。
隨著量子計算機的成熟，全球量子社區(qū)正在向HPC和科學社區(qū)擴展。IBM正在向Qiskit提供一個由C-API提供支持的C++接口，以使用戶能夠在現(xiàn)有的HPC環(huán)境中對量子進行本機編程。IBM繼續(xù)在高級電路執(zhí)行能力方面處于領先地位，包括動態(tài)電路和增加對電路執(zhí)行的控制以減輕錯誤。
到2027年，IBM計劃在機器學習和優(yōu)化等領域用計算庫擴展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挑戰(zhàn)。
IBM為容錯量子計算提供構(gòu)建塊
與此同時，IBM正在迅速實現(xiàn)到2029年建造世界上第一臺大規(guī)模容錯量子計算機的里程碑。
IBM公司宣布推出IBM Quantum Loon，這是其實驗性量子處理器，首次表明IBM已經(jīng)展示了容錯量子計算所需的所有關(guān)鍵處理器組件。IBM Loon將驗證一種新架構(gòu)，以實現(xiàn)和擴展實用、高效量子糾錯所需的組件。IBM已經(jīng)展示了將被整合到Loon中的突破性功能，包括引入多個高質(zhì)量、低損耗的路由層，為更長的片上連接（或“c耦合器”）提供路徑，這些連接超越了最近鄰耦合器，在同一芯片上將遠處的量子位物理連接在一起，以及在計算之間重置量子位的技術(shù)。
△IBM Quantum Loon芯片
在容錯量子計算的另一個關(guān)鍵支柱上，IBM已經(jīng)證明，可以使用經(jīng)典計算硬件使用qLDPC碼實時（小于480納秒）準確解碼錯誤。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量子計算機核心的高速、高保真超導量子比特上擴展qLDPC碼所需的基石。
IBM將制造規(guī)模擴大到300mm設施，以加快量子晶圓開發(fā)
隨著IBM擴展其量子計算機，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)綜合體的一個先進的300mm晶片制造工廠進行。
△Image caption IBM研究員手持300mm IBM Quantum Nighthawk晶圓（圖片來源：IBM）
該設施內(nèi)最先進的半導體工具和始終在線的能力已經(jīng)加快了IBM學習、改進和擴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：通過將構(gòu)建每個新處理器所需的時間減少至少一半，將其研發(fā)速度提高一倍；將其量子芯片的物理復雜性提高十倍；使多個設計能夠并行研究和探索。
