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

IBM 周二（11月11日）宣布新一代量子处理器 Nighthawk r3，设计目标为在 520 个可编程量子位元上准确执行 10,000 次量子运算，以应付更大、更复杂的运算；2027 年计划把两颗 r3 处理器连成一个 1,040 量子位元的系统，朝容错量子运算迈进。

r3：为 1,000 量子位元以上而设计

r3 将沿用 r2 的高速架构，设计支援 520 个可编程量子位元、合共 2,034 个物理量子位元，并保留 r2 的方格晶格连接与高速运算，同时引入 10 个晶片间互连（l-coupler），用以把多颗处理器连成更大系统。IBM 表示已验证两项关键模组化技术：今年以 4 个 l-coupler 连接两颗 Nighthawk r1 处理器，量子态传输保真度达 99.3%（目标 99.9%）；首次把两个低温模组连成单一系统，不到 5 天达到工作温度、冷却至 15 毫开尔文以下。

r2 实绩：340 亿条电路、提速最高 19 倍

今年 9 月推出的现役 Nighthawk r2 拥有 120 个量子位元，每秒可采样 10 万次、支援 7,500 次以上量子运算。E.ON、Algorithmiq、Q-CTRL 等客户与合作伙伴已在 r2 上运行超过 340 亿条电路，提速最高达 19 倍：E.ON 以量子机器学习优化能源电网提速 15 倍；IBM 与橡树岭国家实验室模拟真实磁性材料的实验提速 12 倍，结果与中子散射实验一致；Algorithmiq 模拟异质量子材料的电路比在 Heron 上快 8 倍，而古典电脑以领先的张量网络方法模拟同等精度估计需多约 240 倍记忆体。

量子与古典运算合一

IBM 同时把高效能古典运算与量子运算整合进单一托管环境 IBM Quantum Platform：IBM 与日本理化学研究所（RIKEN）的样本式量子对角化工作流程提速约 5 倍、运算量增 100 倍；克里夫兰诊所与理研自动处理 6.08 亿个样本建模生物相关结构，提速 33 倍。IBM 最近亦与橡树岭国家实验室及 AMD 推出量子纠错协同设计平台，把 Nighthawk 与配备 AMD Instinct MI355X GPU 及第五代 EPYC CPU 的 Umbra 超算并置。IBM 研究总监 Jay Gambetta 说：「有用的量子运算取决于能否准确且快速地交付结果，两者都不可或缺。」

（图片来源：IBM。图为 Nighthawk r3（左）与 r2（右）渲染图。）