當地時間11月12日， 在一年一度的量子開發者大會上，IBM公布了其在實現量子優勢（到 2026 年底）和容錯量子計算（到 2029 年）方面取得的重大進展：發布了專為量子優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還通過轉向 300 毫米晶圓制造設施將開發速度提高了一倍，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。我們相信，IBM是唯一一家能夠快速研發并擴展量子軟件、硬件、制造工藝和糾錯技術，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。”

IBM量子計算機旨在實現規模化優勢

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，其架構旨在與高性能量子軟件相輔相成，從而在明年實現量子優勢：屆時量子計算機解決問題的能力將優于所有僅使用經典方法的方法。

△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，首批經過驗證的量子優勢將得到更廣泛社區的證實。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、由社區主導的量子優勢跟蹤器貢獻新的結果，以系統地監測和驗證新興的優勢演示。

如今，社區跟蹤器支持三個實驗，以在可觀測估計、變分問題和高效經典驗證問題上獲得量子優勢。IBM鼓勵社區為跟蹤器做出貢獻，并用最好的經典方法來回推動。

Algorithmiq首席執行官兼聯合創始人Sabrina Maniscalco表示：“我很自豪我們Algorithmiq的團隊正在領導新量子優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，它挑戰了迄今為止測試的所有最先進的經典方法。我們看到了有希望的實驗結果，Flatiron研究所的研究人員進行的獨立模擬驗證了其經典硬度。這些只是第一步——量子優勢需要時間來驗證，跟蹤器將讓每個人都跟隨這一旅程。”

BlueQubit首席技術官兼聯合創始人Hayk Tepanyan表示：“BlueQubit很自豪能夠支持IBM追蹤量子優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量級超越經典計算機的情況。”

為了在突破性的量子硬件上追求經過驗證的量子優勢，開發人員需要能夠高度控制他們的電路，并使用高性能經典計算機（HPC）來減輕計算中出現的錯誤。

Qiskit是由IBM開發的世界上性能最好的量子軟件棧。它現在通過擴展動態電路功能，在100多個量子比特的規模上提高了24%的精度，為開發人員提供了比以往任何時候都更多的控制權。IBM還擴展了Qiskit，推出了一種新的執行模型，可以實現細粒度控制和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，全球量子社區正在向HPC和科學社區擴展。IBM正在向Qiskit提供一個由C-API提供支持的C++接口，以使用戶能夠在現有的HPC環境中對量子進行本機編程。IBM繼續在高級電路執行能力方面處于領先地位，包括動態電路和增加對電路執行的控制以減輕錯誤。

到2027年，IBM計劃在機器學習和優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。

IBM為容錯量子計算提供構建塊

與此同時，IBM正在迅速實現到2029年建造世界上第一臺大規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已經展示了容錯量子計算所需的所有關鍵處理器組件。IBM Loon將驗證一種新架構，以實現和擴展實用、高效量子糾錯所需的組件。IBM已經展示了將被整合到Loon中的突破性功能，包括引入多個高質量、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。

△IBM Quantum Loon芯片

在容錯量子計算的另一個關鍵支柱上，IBM已經證明，可以使用經典計算硬件使用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將制造規模擴大到300mm設施，以加快量子晶圓開發

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）

該設施內最先進的半導體工具和始終在線的能力已經加快了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已經能夠：通過將構建每個新處理器所需的時間減少至少一半，將其研發速度提高一倍；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。