近日，科技巨头 IBM 抛出一枚 “重磅炸弹”，宣布将于 2029 年推出世界首台大规模容错量子计算机 ——IBM Quantum Starling，并同步更新量子技术路线图。IBM 董事长兼首席执行官 Arvind Krishna 表示：“IBM 正全力开拓量子计算的下一个前沿领域，我们在数学、物理及工程领域的深厚积累，正在为大规模、具备容错能力的量子计算机筑牢根基，这类计算机将有能力攻克现实世界中的诸多难题，为商业发展开辟无限可能。” 据了解，大规模容错量子计算机具备数百乃至数千个逻辑量子比特，可执行数亿至数十亿次运算。这一强大的计算能力，将大幅提升药物研发、材料探索、化学研究以及优化等领域的效率，显著降低时间与成本。 IBM Quantum Starling 落地于纽约波基普西的全新 IBM Quantum 数据中心，将于 2029 年交付使用，届时将凭借 200 个逻辑量子比特运行 1 亿次量子运算，成为解决上述问题的 “利器”，同时也将为后续的 IBM Quantum Blue Jay 奠定基础，后者可在 2000 个逻辑量子比特上执行 10 亿次运算。 逻辑量子比特作为经过纠错处理的量子计算机单元，由多个物理量子比特协同构成，用于存储量子信息并相互监测错误。与传统计算机类似，量子计算机若要稳定运行大规模工作负载，纠错必不可少。为此，科学家往往利用物理量子比特集群来创建数量相对较少的逻辑量子比特，这些逻辑量子比特的错误率低于基础物理量子比特。逻辑量子比特的错误率会随着集群规模的增大而呈指数级降低，这使得它们能够执行更多运算。 对于大规模量子计算而言，使用尽可能少的物理量子比特，构建越来越多能够执行量子电路的逻辑量子比特，至关重要。然而，直至今日，仍未出现一种明确的路径，能够构建出这样一个容错系统，同时又不会产生不切实际的工程开销。 一个高效的容错架构，取决于其纠错代码的选择，以及如何设计和构建系统，以使这些代码能够实现扩展。以往的替代方案及黄金标准纠错代码，均带来了一些根本性的工程挑战。为了实现扩展，它们需要数量庞大且难以实现的物理量子比特，来创建足够多的逻辑量子比特，以执行复杂运算，这就需要不切实际的基础设施和控制电子设备。因此，这些方案在小规模实验和设备之外，很难得到实际应用。 一台实用的、大规模的、具备容错能力的量子计算机，其架构需具备以下特性： 1.容错性：能够抑制足够多的错误，确保有用的算法能够成功运行。 2.逻辑量子比特操作能力：能够通过计算对逻辑量子比特进行准备和测量。 3.通用指令应用能力：能够将通用指令应用于这些逻辑量子比特。 4.实时解码与指令调整能力：能够实时解码逻辑量子比特的测量值，并可根据结果更改后续指令。 5.模块化与可扩展性：具备模块化特点，可扩展至数百或数千个逻辑量子比特，以运行更为复杂的算法。 6.资源利用效率：在使用真实的物理资源（如能源和基础设施）时，具备足够的效率来执行有意义的算法。 为此，IBM 发布两篇全新技术论文，详述构建大规模容错架构的方案。其中，第一篇论文基于发表于《自然》杂志封面的开创性纠错方法，揭示了利用 qLDPC 代码高效处理指令与运算的方式，该代码相比其他领先代码，将纠错所需的物理量子比特数量减少约 90%，并列出运行大规模量子程序所需资源，凸显架构高效性；第二篇论文则介绍了如何有效解码物理量子比特信息，并规划出利用传统计算资源实时纠错的路径。 同时，全新的 IBM Quantum 路线图也公布了一系列关键技术里程碑。2025 年预计推出的 IBM Quantum Loon，将测试 qLDPC 代码的架构组件；2026 年预计推出的 IBM Quantum Kookaburra，将成为首款存储和处理编码信息的模块化处理器；2027 年的 IBM Quantum Cockatoo，则会利用 “L 型耦合器” 使 Kookaburra 模块发生纠缠，这些技术进步都将为 2029 年 Starling 的推出做铺垫。 值得一提的是，可扩展和节能量子技术领域的领导者 SEEQC 宣布与 IBM 开展战略技术合作，作为美国国防高级研究计划局（DARPA）量子基准计划（QBI）的一部分，双方的合作彰显了纽约量子生态系统在 “商业化连续体” 各环节的协同贡献。 https://newsroom.ibm.com/2025-06-10-IBM-Sets-the-Course-to-Build-Worlds-First-Large-Scale,-Fault-Tolerant-Quantum-Computer-at-New-IBM-Quantum-Data-Center https://seeqc.com/darpa-cbi 编译：路飞
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