IBM 近日公布了其量子计算路线图的最新进展，宣布将于 2027 年推出新一代量子处理器 Nighthawk r3。作为迈向 2029 年可容错量子系统的关键一步，该处理器旨在通过多芯片互联技术，将系统规模扩展至超过 1,000 个量子比特。
Nighthawk r3：性能与规格跃升
目前，IBM 于去年 9 月上市的 Nighthawk r2 处理器拥有 120 个量子比特，支持执行包含 7,500 次操作的量子电路。相比之下，计划于 2027 年发布的 Nighthawk r3 在核心指标上实现了显著提升：
- 量子比特数量：预计超过当前产品的四倍。
- 操作能力：能够执行高达 10,000 次的量子操作。
- 效率保持：在解决更大、更复杂问题的同时，维持与现有产品相当的速度和准确性。
IBM 指出，随着应用程序对计算需求的增加，许多任务需要在约 100 个或更多量子比特的状态下执行数千个电路，以收集数百万甚至数十亿个样本。处理速度的提升直接决定了这些高负载工作能否在合理的时间框架和成本内完成。
互联技术与千位级系统构建
Nighthawk r3 的核心突破在于其互联架构。该处理器将配备 10 个芯片间互连组件（称为 l-couplers），这一技术此前已在 Nighthawk r1 处理器上完成验证。通过连接两颗 Nighthawk r3 处理器，IBM 计划构建一个拥有 1,040 个量子比特的单一系统。
迈向 2029 年容错量子计算机 Starling
Nighthawk r3 的发布是 IBM 实现 2029 年目标的重要铺垫。届时，IBM 计划推出代号为 Starling 的量子处理器，旨在成为世界上第一台具备可靠错误纠正能力的容错量子计算机。Starling 的目标是运行由 200 个逻辑量子比特组成的、包含 1 亿次量子操作的电路。
尽管业界对容错量子技术的成熟时间仍存在争议——例如新西兰奥克兰大学一位教授曾在去年质疑现有量子计算机在无作弊情况下分解大于 21 的数字的能力——但 IBM 认为相关技术的可能性正在缩短。
根据 IBM 在 2025 年发表的一篇论文，Starling 将采用双变量自行车量子低密度奇偶校验（qLDPC）纠错代码。与现有的表面码相比，这种架构能大幅减少存储和处理量子信息所需的物理量子比特数量。Starling 将由包含量子内存和逻辑处理单元（LPU）的模块组装而成，允许直接在内存上进行逻辑操作，并通过通用适配器和 l-coupler 进行连接。
量子-经典混合计算生态
除了硬件迭代，IBM 也在推动量子处理器与经典高性能计算（HPC）系统的深度融合。上周，美国橡树岭国家实验室（ORNL）宣布部署了一套结合 IBM Quantum System Two（搭载 Nighthawk r2 处理器）与名为 Umbra 的经典超级计算机的系统。Umbra 由 AMD 第 5 代 Epyc CPU 和 Instinct MI355X GPU 加速器提供动力。
此外，IBM 还与日本理化学研究所（RIKEN）建立了合作伙伴关系。在该合作框架下，IBM Quantum System Two 已与基于 Arm 架构的“富岳”（Fugaku）超级计算机集成，后者曾是全球最强大的超级计算机系统之一。
