IBM公司今日宣布推出Quantum Nighthawk r3，这是其下一代处理器，旨在高速处理更大规模、更复杂的计算任务，同时保持计算质量。
该公司还表示，计划于2027年将两台r3量子处理器连接成一个系统，使其能够运行多达10000次量子操作，两者合计可扩展至超过1000个量子比特。
IBM研究院主管杰伊·甘贝塔表示：“实用型量子计算的关键在于能否以准确性和速度交付结果，这两者都是基础要素。IBM Nighthawk已经向我们展示了这一点的现状。”
这款新的r3芯片是继今年9月发布的Nighthawk r2之后推出的，后者支持在120个量子比特上执行超过7500次量子操作。
量子比特是量子计算机中逻辑信息的基本单位，类似于经典计算机中的比特。与只能为0或1的经典比特不同，量子比特可以是0、1，或两者同时存在的“叠加态”。利用这一特性，IBM的Nighthawk等量子处理器能够进行快速、复杂的并行计算。
r2芯片引入了一项突破性的高速量子比特重置架构，使开发者和研究人员能够在测量后快速初始化量子比特。通常情况下，量子电路运行并测量结果后，量子比特必须返回基态才能运行下一个程序；这一过程可能耗时数百毫秒，这意味着芯片在此期间处于闲置状态。借助这项新技术，等待时间可以从约200毫秒缩短至约25纳秒，且不会干扰相邻的量子比特。
扩展至超过1000个量子比特
基于Nighthawk r2积累的经验及其内置技术，IBM表示r3将把同样的高速架构扩展到更大规模的量子系统中，以支持在520个可编程量子比特、2034个物理量子元件上执行10000次操作。
物理量子比特是存储量子信息的实际硬件级量子器件。在Nighthawk中，量子比特采用超导材料制成，并以方形晶格排列。可编程量子比特是可测量的活跃量子数据单元，而其他量子元件（包括耦合器和重置元件）则为其提供支持。
IBM表示，已经验证了两项关键技术，这些技术将使两块r3芯片得以连接。今年，该公司利用四个l-耦合器（即“长程”量子互连器件）连接了两台Nighthawk r1处理器。这些耦合器充当独立处理器之间的物理桥梁，从而构建出更大规模的机器。
在演示中，耦合器实现了99.4%的传输保真度，正朝着99.9%保真度的目标迈进。该公司还将低温模块连接成了一个统一的系统。
2027年，IBM计划利用这些模块化方面的进展，将Nighthawk扩展为更大规模的量子系统。通过将两台Nighthawk r3处理器连接成一个拥有1040个量子比特的单一系统，IBM将把这种高性能架构进一步应用于处理更大、更复杂的计算任务。
甘贝塔补充道：“随着我们将这一架构扩展到更大规模、更强大的量子计算机上，量子计算的能力将达到新的高度，我们也将与经典计算资源进行更紧密的集成，并朝着容错计算的方向稳步前进。”
在单一平台上连接量子与经典计算
IBM还宣布，其面向研究人员和开发者的云端服务IBM Quantum Platform，将把高性能经典计算与量子计算整合到一个统一管理的环境中。
用户现在可以在该平台上将量子工作流直接与高性能计算及经典计算资源集成，也可以与自己笔记本电脑上的经典计算资源对接，或连接全球众多最强大的超级计算机中的任意一台。
量子计算与经典计算的集成，使传统计算机能够在专用中央处理器和图形处理器上编排算法与计算任务，而量子计算机则同步运行并行计算。用户已经看到了令人振奋的成果，例如克利夫兰诊所利用该平台将260万份样本的处理速度提升了最多三倍，用于构建生物结构模型。
量子系统与经典系统的直接集成，还将有助于推动量子纠错技术的突破。纠错是应对噪声干扰的基础，这种噪声可能使单个量子比特失稳，从而大幅提高计算出错的概率。Quantum Platform正在推出脉冲级访问权限，使研究人员能够精确控制如何在量子与经典架构中检测、理解并纠正错误。
IBM近期与Advanced Micro Devices Inc.以及橡树岭国家实验室量子科学中心合作，推出了一个应对这一问题的新型量子纠错平台。该系统将Nighthawk处理器与新一代AMD图形处理器和中央处理器物理上部署在同一位置。
