IBM推出两款全新量子处理器，并加速12英寸量子晶圆生产

当地时间11月12日， 在一年一度的量子开发者大会上，IBM公布了其在实现量子优势（到 2026 年底）和容错量子计算（到 2029 年）方面取得的重大进展。

IBM发布了专为量子优势而打造的全新量子处理器处理器IBM Quantum Nighthawk（夜鹰），可提供复杂度提升 30% 的电路；通过实验性量子处理器IBM Quantum Loon 演示了容错量子计算的所有硬件元素，实现高效的量子纠错解码，速度比目前领先的方法快 10 倍。IBM还通过转向 300 毫米晶圆制造设施将开发速度提高了一倍，同时将量子芯片的物理复杂性提高了 10 倍，以实现容错纠错路线图。

IBM研究院院长兼IBM院士杰伊·甘贝塔表示：“要将真正实用的量子计算带给世界，需要克服诸多挑战。我们相信，IBM是唯一一家能够快速研发并扩展量子软件、硬件、制造工艺和纠错技术，从而解锁变革性应用的公司。今天，我们非常高兴地宣布其中许多里程碑式的成就。”

IBM量子计算机旨在实现规模化优势

IBM 推出了全新的量子处理器 IBM Quantum Nighthawk，这是迄今为止最先进的量子处理器，其架构旨在与高性能量子软件相辅相成，从而在明年实现量子优势：届时量子计算机解决问题的能力将优于所有仅使用经典方法的方法。

△IBM研究员展示IBM Quantum Nighthawk芯片（图片来源：IBM）

IBM Nighthawk 预计将于 2025 年底交付给 IBM 用户，并将提供：

120个量子位与218个下一代可调耦合器连接在一起，以方形晶格的形式连接到四个最近的邻居，与IBM Quantum Heron相比，耦合器增加了20%以上；

这种增加的量子比特连接将使用户能够准确地执行比IBM以前的处理器复杂30%的电路，同时保持低错误率；

该架构将使用户能够探索需要多达 5,000 个双量子比特门的计算要求更高的问题，这是对量子计算至关重要的基本纠缠作。

IBM预计Quantum Nighthawk的未来迭代将在2026年底前提供多达7500个量子比特门，然后在2027年提供多达10000个量子比特门。到2028年，基于夜鹰的系统可以支持多达15000个双量子比特门，由1000个或更多连接的量子比特通过去年首次在IBM实验处理器上演示的远程耦合器扩展而成。

IBM预计，到2026年底，首批经过验证的量子优势将得到更广泛社区的证实。为了鼓励他们进行严格的验证并推进最佳的量子和经典方法，IBM、Algorithmiq、Flatiron Institute的研究人员和BlueQubit正在为一个开放的、由社区主导的量子优势跟踪器贡献新的结果，以系统地监测和验证新兴的优势演示。

如今，社区跟踪器支持三个实验，以在可观测估计、变分问题和高效经典验证问题上获得量子优势。IBM鼓励社区为跟踪器做出贡献，并用最好的经典方法来回推动。

Algorithmiq首席执行官兼联合创始人Sabrina Maniscalco表示：“我很自豪我们Algorithmiq的团队正在领导新量子优势跟踪器的三个项目之一。我们设计的模型探索了如此复杂的制度，它挑战了迄今为止测试的所有最先进的经典方法。我们看到了有希望的实验结果，Flatiron研究所的研究人员进行的独立模拟验证了其经典硬度。这些只是第一步——量子优势需要时间来验证，跟踪器将让每个人都跟随这一旅程。”

BlueQubit首席技术官兼联合创始人Hayk Tepanyan表示：“BlueQubit很自豪能够支持IBM追踪量子优势声明和算法的努力，因为量子计算机正在进入一个超越经典的领域。通过我们围绕峰值电路的工作，我们很高兴能够帮助正式确定量子计算机开始以数量级超越经典计算机的情况。”

为了在突破性的量子硬件上追求经过验证的量子优势，开发人员需要能够高度控制他们的电路，并使用高性能经典计算机（HPC）来减轻计算中出现的错误。

Qiskit是由IBM开发的世界上性能最好的量子软件栈。它现在通过扩展动态电路功能，在100多个量子比特的规模上提高了24%的精度，为开发人员提供了比以往任何时候都更多的控制权。IBM还扩展了Qiskit，推出了一种新的执行模型，可以实现细粒度控制和C-API，解锁HPC加速的错误缓解功能，将提取准确结果的成本降低100倍以上。

随着量子计算机的成熟，全球量子社区正在向HPC和科学社区扩展。IBM正在向Qiskit提供一个由C-API提供支持的C++接口，以使用户能够在现有的HPC环境中对量子进行本机编程。IBM继续在高级电路执行能力方面处于领先地位，包括动态电路和增加对电路执行的控制以减轻错误。

到2027年，IBM计划在机器学习和优化等领域用计算库扩展Qiskit，以更好地解决微分方程和哈密顿模拟等基本物理和化学挑战。

IBM为容错量子计算提供构建块

与此同时，IBM正在迅速实现到2029年建造世界上第一台大规模容错量子计算机的里程碑。

IBM公司宣布推出IBM Quantum Loon，这是其实验性量子处理器，首次表明IBM已经展示了容错量子计算所需的所有关键处理器组件。IBM Loon将验证一种新架构，以实现和扩展实用、高效量子纠错所需的组件。IBM已经展示了将被整合到Loon中的突破性功能，包括引入多个高质量、低损耗的路由层，为更长的片上连接（或“c耦合器”）提供路径，这些连接超越了最近邻耦合器，在同一芯片上将远处的量子位物理连接在一起，以及在计算之间重置量子位的技术。

△IBM Quantum Loon芯片

在容错量子计算的另一个关键支柱上，IBM已经证明，可以使用经典计算硬件使用qLDPC码实时（小于480纳秒）准确解码错误。这一工程壮举提前一年完成。与 Quantum Loon一起，这展示了在构成IBM量子计算机核心的高速、高保真超导量子比特上扩展qLDPC码所需的基石。

IBM将制造规模扩大到300mm设施，以加快量子晶圆开发

随着IBM扩展其量子计算机，它宣布其量子处理器晶片的主要制造正在纽约州奥尔巴尼纳米技术综合体的一个先进的300mm晶片制造工厂进行。

△Image caption IBM研究员手持300mm IBM Quantum Nighthawk晶圆（图片来源：IBM）

该设施内最先进的半导体工具和始终在线的能力已经加快了IBM学习、改进和扩展其量子处理器能力的速度；允许公司提高其量子比特连接、密度和性能。迄今为止，IBM已经能够：通过将构建每个新处理器所需的时间减少至少一半，将其研发速度提高一倍；将其量子芯片的物理复杂性提高十倍；使多个设计能够并行研究和探索。

编辑：芯智讯-浪客剑