IBM发力量子计算：2026年实现量子优势，2029年前攻克容错难题

IBM在2025年量子开发者大会上宣布，预计到2026年会实现量子优势，并计划在2029年前实现全规模容错量子计算。

该公司确认，这款具有重大架构升级的芯片Nighthawk，将在今年开始交付用户。

领导IBM研究的总监Jay Gambetta，还是IBM Fellow，表示：“我们相信，IBM是唯一能够快速发明和扩展量子软件、硬件、制造和错误纠正，以释放变革性应用的公司。”Jay补充说，公司今天将宣布其路线图上的几个关键里程碑。

Nighthawk现在被揭示为IBM迄今为止最先进的芯片，采用120个量子比特，并使用218个可调耦合器将每个量子比特连接到其四个最近的邻居。根据IBM发布的官方新闻稿，相比于Heron处理器的耦合器数量增加了20%。

这种新配置允许研究人员运行30%更复杂的电路，同时保持低错误率，这是在单个作业中执行多达5,000个两量子比特门的关键条件。

IBM目标到2028年实现15,000个两量子比特门

Nighthawk的交付将在2025年底之前开始。但这款芯片只是个开始而已。 IBM计划继续提升性能。到2026年底，预计将容量提升至7,500个门，2027年跃升至10,000个，2028年达到15,000个。

这些未来版本将使用长程耦合器集成超过1000个连接的量子比特，这一系统在去年已在内部实验处理器上进行了测试。

在构建这一系统时，IBM正在推动社区驱动的验证。它推出了一款量子优势跟踪器，与Algorithmiq、Flatiron Institute和BlueQubit合作，用于实时测量和验证进展。

该跟踪器已经包括三个实验，测试可观察估计、变分算法和经典可验证的量子问题中的量子优势。

Algorithmiq的首席执行官兼联合创始人Sabrina Maniscalco表示：“我们设计的模型探索了如此复杂的领域，以至于对迄今为止测试的所有最先进经典方法提出了挑战。”

她表示，早期结果显示出良好的前景，Flatiron Institute确认这些结果在经典系统上很难模拟。

Hayk Tepanyan，BlueQubit的联合创始人兼首席技术官，补充说，他的团队专注于跟踪量子工作负载，因为经典计算机已经开始落后。

“通过我们对峰值电路的工作，我们很高兴能够帮助明确量子计算机在性能上超越经典计算机的具体案例，”他说。

Qiskit通过C-API和动态电路增强错误控制

为了支持这一推动，IBM正在扩展其软件。Qiskit堆栈现在支持动态电路功能，在处理超过100个量子比特的任务时，输出准确性提高了24%。

它现在还支持使用C-API的新执行模型，让开发者可以与高性能计算环境进行集成，从而将错误校正成本降低超过100倍。

IBM还将发布Qiskit的C++接口，让用户能够在现有的高性能计算系统中运行量子工作负载。

该公司表示，到2027年，Qiskit平台将增加专注于机器学习和优化的计算库，以便更好地解决问题。这些工具将帮助解决物理和化学中的一些问题，比如微分方程和哈密顿模拟。

该公司还透露，它正在积极朝着容错量子计算的目标并行推进。在活动中宣布的新Loon处理器，包含了演示高效、可扩展量子错误纠正所需的所有组件。

它包括多层路由，通过“c-couplers”将量子比特连接得更远，并能在同一芯片的操作之间实现量子比特重置。

更值得一提的是，IBM确认现在可以在480纳秒内解码量子错误，使用qLDPC代码，完全在经典硬件上运行。这一工程成就提前了一整年实现。

与Loon一起，这为在快速、高保真超导量子比特系统中扩展qLDPC奠定了基础，这些量子比特是所有IBM硬件中使用的。

IBM的量子处理器晶圆的生产现已转移到纽约的阿尔巴尼纳米技术综合体的300毫米制造设施。这一转变使得芯片迭代速度更快，复杂性更高。

IBM表示，使用新设备后，开发时间已经缩短了一半，并将量子芯片的复杂性提高了十倍。

根据新闻发布，IBM现在还能够同时探索多种处理器设计，帮助Nighthawk和Loon平台同时发展。