IBM 發布新一代量子晶片 Nighthawk r3：520 量子位元、目標 2027 年破千

IBM 周二（11月11日）宣布新一代量子處理器 Nighthawk r3，設計目標為在 520 個可編程量子位元上準確執行 10,000 次量子運算，以應付更大、更複雜的運算；2027 年計劃把兩顆 r3 處理器連成一個 1,040 量子位元的系統，朝容錯量子運算邁進。

r3：為 1,000 量子位元以上而設計

r3 將沿用 r2 的高速架構，設計支援 520 個可編程量子位元、合共 2,034 個物理量子位元，並保留 r2 的方格晶格連接與高速運算，同時引入 10 個晶片間互連（l-coupler），用以把多顆處理器連成更大系統。IBM 表示已驗證兩項關鍵模組化技術：今年以 4 個 l-coupler 連接兩顆 Nighthawk r1 處理器，量子態傳輸保真度達 99.3%（目標 99.9%）；首次把兩個低溫模組連成單一系統，不到 5 天達到工作溫度、冷卻至 15 毫開爾文以下。

r2 實績：340 億條電路、提速最高 19 倍

今年 9 月推出的現役 Nighthawk r2 擁有 120 個量子位元，每秒可採樣 10 萬次、支援 7,500 次以上量子運算。E.ON、Algorithmiq、Q-CTRL 等客戶與合作夥伴已在 r2 上運行超過 340 億條電路，提速最高達 19 倍：E.ON 以量子機器學習優化能源電網提速 15 倍；IBM 與橡樹嶺國家實驗室模擬真實磁性材料的實驗提速 12 倍，結果與中子散射實驗一致；Algorithmiq 模擬異質量子材料的電路比在 Heron 上快 8 倍，而古典電腦以領先的張量網絡方法模擬同等精度估計需多約 240 倍記憶體。

量子與古典運算合一

IBM 同時把高效能古典運算與量子運算整合進單一託管環境 IBM Quantum Platform：IBM 與日本理化學研究所（RIKEN）的樣本式量子對角化工作流程提速約 5 倍、運算量增 100 倍；克里夫蘭診所與理研自動處理 6.08 億個樣本建模生物相關結構，提速 33 倍。IBM 最近亦與橡樹嶺國家實驗室及 AMD 推出量子糾錯協同設計平台，把 Nighthawk 與配備 AMD Instinct MI355X GPU 及第五代 EPYC CPU 的 Umbra 超算並置。IBM 研究總監 Jay Gambetta 說：「有用的量子運算取決於能否準確且快速地交付結果，兩者都不可或缺。」

（圖片來源：IBM。圖為 Nighthawk r3（左）與 r2（右）渲染圖。）