刚刚，IBM发布新量子芯片

IBM 更新了其量子计算路线图，其中 IBM Quantum Nighthawk r3 处理器是重头戏。

据IBM称，Quantum Nighthawk r3能够对520个量子比特执行10000次量子运算。该公司还表示，将在2027年将两个Nighthawk r3处理器连接成一个拥有超过1000个量子比特的单一系统。

IBM研究院院长兼IBM院士杰伊·甘贝塔在一份声明中表示，Nighthawk系列量子处理器对于扩展其量子计算架构并与经典高性能计算集成至关重要。

IBM Quantum Nighthawk r3 的发布紧随 9 月份部署的 Nighthawk r2 处理器之后。IBM Quantum Nighthawk r2 每秒可提供高达 10 万个样本的处理速度，并支持超过 7500 种量子应用的精确计算。

IBM Quantum Nighthawk r3 与前代产品具有相同的架构、互连和连接方式。

在IBM、AMD和橡树岭国家实验室（ORNL）量子科学中心宣布推出一个结合量子计算和高性能计算的量子纠错协同设计平台之后，IBM又发布了最新的Nighthawk项目。据IBM称，首个部署方案将IBM的量子计算机与120量子比特的IBM Quantum Nighthawk处理器以及ORNL的高性能系统（配备AMD Instinct MI355X GPU和第五代AMD EPYC CPU）相结合。

借助该系统，研究人员将能够评估高性能计算和量子计算的融合，从而改进纠错研究。

微软正加紧构建其量子计算堆栈，以期在2029年推出其Starling系统。然而，竞争对手也并未止步，Quantinuum正在致力于开发包含硬件和软件的完整集成量子堆栈。英特尔收购了Classiq，旨在提供完整的堆栈解决方案。与此同时，IonQ和其他纯量子计算公司也在积极扩张。

IBM今天宣布，其下一代处理器 IBM Quantum Nighthawk r3 将能够精确执行 520 个量子比特上的 10,000 次量子运算，以解决更大、更复杂的问题，同时保持当前一代 Nighthawk 所展现的速度和质量。

IBM计划在2027年将两个Nighthawk r3处理器连接成一个拥有超过1000个量子比特的单一系统。

要走在量子计算的前沿，与产业相关的应用需要兼顾计算质量和速度。速度至关重要，因为量子计算机以样本的形式给出答案：量子电路的每次运行都会返回一个结果。应用越来越需要电路在约100个或更多量子比特上执行数千次量子操作，从而生成数百万到数十亿个样本。规模和质量能够实现日益复杂的计算，但速度决定了这些高要求的工作负载能否在合理的时间范围内以合理的成本完成。

IBM研究院院长兼IBM院士杰伊·甘贝塔表示：“实用的量子计算能否实现，关键在于能否快速准确地交付结果，这两点都至关重要。Nighthawk目前已经向我们展示了这一点。随着我们将这种架构扩展到更大、更强大的量子计算机，量子计算的能力将达到新的高度，因为我们将与经典资源更紧密地集成，并朝着容错方向迈进。”

IBM Quantum Nighthawk r2 于 9 月发布，每秒可提供高达 10 万个样本，同时支持在 120 个量子比特上进行超过 7500 种量子运算，实现精准计算。其高速量子比特重置技术显著缩短了电路执行之间的间隔时间，使应用程序能够更高效地收集复杂计算所需的数百万甚至数十亿个样本。

包括 E.ON、Algorithmiq 和Q-CTRL在内的客户和合作伙伴迄今为止已在 Nighthawk r2 上执行了 340 亿个电路，报告称性能提高了 19 倍，同时保持了科学计算所需的质量。

这些成果已在各行各业展现出价值。E.ON公司报告称，在用于能源网优化的量子机器学习项目中，Nighthawk r2的运行速度提升了15倍。IBM公司也利用Nighthawk r2，将其与橡树岭国家实验室合作开展的一项实验的运行速度提升了12倍。该实验模拟了真实的磁性材料，并产生了与中子散射实验结果一致的结果。这两项加速均是相对于之前在IBM Quantum Heron上的运行速度提升而言的。Quantum Elements和ParityQC等合作伙伴也报告称，他们在使用Nighthawk r2进行工作负载时，性能得到了显著提升。

IBM及其合作伙伴于7月发布的量子优势实验最初是在IBM Quantum Heron上运行的，其电路和结果通过社区主导的Quantum Advantage Tracker平台公开，供独立测试。一项利用 Algorithmiq模拟异构量子材料的实验现已扩展到Nighthawk r2，利用其速度和连接性，电路执行速度比在Heron上进行的原始实验快8倍。与此同时，对于经典计算机而言，模拟这些新电路的难度显著增加，使用领先的经典张量网络方法时，估计需要240倍的内存才能达到类似的精度。

Nighthawk r3 在 Nighthawk r2 展现出的卓越性能基础上，将同样的高速架构扩展到更大规模的量子计算机。这款新型处理器旨在支持对 520 个可编程量子比特进行 10,000 次量子运算，总共可处理 2,034 个物理量子比特。它保留了 r2 的方形晶格连接和快速运算能力，同时引入了 10 个芯片间互连（称为 l 型耦合器），用于将处理器连接成更大的系统。

IBM 已展示了实现这种模块化方法的两项关键技术。今年，IBM使用四个 L 型耦合器连接了Nighthawk r1 处理器，实现了 99.3% 的量子态传输保真度，并朝着 99.9% 的目标迈进。此外，IBM 还首次将两个低温模块集成到单个系统中，在不到五天的时间内达到工作温度，并将温度冷却到 15 毫开尔文以下。

这些进展共同展现了模块化方面的关键性进步，并增强了人们对 IBM 将 Nighthawk 扩展到更大规模量子计算机能力的信心。IBM 计划在 2027 年将两个 Nighthawk r3 处理器连接成一个 1040 量子比特的单一系统，从而将其高性能架构扩展到更大规模、更复杂的计算任务。

量子计算机的发展需要不断改进其与经典计算协同工作以处理错误的方式。与工业相关的工作负载将需要多层量子纠错和误差缓解技术，以及噪声学习和后处理。随着量子工作负载的扩展，它们将需要更多的经典资源，而现在的挑战是如何以最佳方式扩展这种集成。

为了整合这些范式，IBM 量子平台将高性能计算 (HPC) 经典计算和量子计算整合到一个统一的管理环境中。用户现在可以将量子工作流程直接与各种经典计算资源集成——无论是在笔记本电脑上还是在强大的超级计算机上——或者与平台上新提供的 HPC 和经典计算资源集成。

用户已从这些集成中看到了令人鼓舞的成果。例如，借助新环境，IBM 和 RIKEN* 的科学家们以比原始研究快约 5 倍的速度执行了他们原有的基于样本的量子对角化 (SQD) 工作流程，同时计算量也增加了 100 倍。克利夫兰诊所和 RIKEN 还利用该平台自动处理了 6.08 亿个用于构建生物相关结构的样本，速度比未使用工作流程自动化时快了 33 倍。

增强的功能还将推动量子纠错领域的突破。IBM 量子平台提供脉冲级功能，使研究人员能够精确控制量子和经典架构中的错误检测、理解和纠正方式。这有助于他们更好地控制操作时间、更快地重置量子比特，并从量子测量中提取更多信息——从而使研究人员能够从最基本的层面改进纠错机制。

IBM 最近与橡树岭国家实验室和 AMD 合作推出了一个新的量子纠错协同设计平台，该平台将 Nighthawk 与 ORNL 的 Umbra 高性能计算 (HPC) 系统物理地放在一起，由 AMD Instinct™ MI355X GPU 和第五代 AMD EPYC™ CPU 提供支持。