2025 年 4 月底， IBM 宣布，計劃在未來 5 年內在美國投資 1500 億美元，以推動經濟發展并鞏固其作為全球計算領域領導者的地位。該計劃包括超過 300 億美元的研發投入，用于推進 IBM 在美國的大型機和量子計算機的制造。IBM 還計劃運營世界上最大的量子計算機系統機群，并將繼續在美國設計、制造和組裝量子計算機。

自 2020 年以來，IBM 一直在推進其量子路線圖，規劃出實現實用量子計算所需的步驟。近日，IBM 公布詳細計劃，擬于 2028 年前建造具備糾錯能力的量子計算機，預計運算能力將比當前的量子計算機高出 2 萬倍，并計劃在 2029 年通過云服務向用戶開放。

這臺名為“Starling”（星椋鳥）的量子計算機將由模塊化網絡構成——每個模塊包含多組芯片，部署于紐約州波基普西市新建的數據中心內。“我們已啟動場地建設。”IBM 量子計劃副總裁 Jay Gambetta 透露，他用鳥類名稱命名了該項目中的大部分事務。

圖 | IBM 量子發展路線圖（來源：IBM）

量子糾錯與容錯

當今的量子計算機具有解決傳統超級計算機無法處理的復雜問題的潛力，但尚未具備廣泛的實際能力。根本限制在于難以糾正的高錯誤率，阻礙了復雜的量子算法大規模運行。

量子計算機的誤差主要源于硬件操作時的串擾——當對某個量子比特進行操作時，可能意外改變相鄰無關量子比特的狀態，這類誤差會隨時間累積。若無糾錯機制，量子計算機將無法準確運行那些被視為其核心價值的復雜算法，如用于新材料和藥物研發的精密化學模擬。量子計算機的糾錯之所以成為工程難題，根源在于其獨特的運算機制：傳統計算機采用二進制（0 和 1）存儲信息，而量子計算機使用量子比特（qubit），能同時處于 0 和 1 的疊加態。

量子糾錯 (QEC) 使用專門的測量方法來檢測編碼量子比特中的錯誤。雖然它也是容錯的核心機制，但 QEC 本身的作用有限。如果沒有容錯電路設計，操作過程中甚至在糾錯過程中發生的錯誤都會擴散和累積，這使得 QEC 自身維護邏輯量子比特完整性的難度成倍增加。

容錯量子計算（FTQC）不僅保護單個計算量子比特免受錯誤的影響，還能系統性地防止錯誤擴散。它通過采用巧妙的容錯電路設計，并利用系統的噪聲閾值（即系統能夠處理并保持正常運行的最大錯誤級別）來實現這一點。實現 FTQC 的可靠性還需要更多的量子比特。

容錯技術的研究可以追溯到幾十年前。IBM 早在 20 世紀 90 年代末就開始致力于構建量子計算機，當時它與幾所頂尖大學合作，構建了一臺能夠運行小型量子算法的 2 量子比特量子計算機。持續的基礎研究最終促成了 IBM Quantum Experience 的推出，它以一臺可通過云端訪問的 5 量子比特超導量子計算機為特色。

2020 年，IBM 發布了首份量子路線圖，其中詳細介紹了該公司 27 量子比特 Falcon 處理器將于 2019 年上市，并概述了后續幾年逐年增加量子比特數的計劃。該路線圖的最后部分預計在 2023 年開發一款專注于研究的處理器——1121 量子比特 Condor，但該處理器從未向公眾開放。

圖 | IBM 首個量子路線圖

隨著 IBM 不斷擴展其量子比特數量，并探索糾錯和緩解錯誤的方法，其研究人員逐漸意識到，單片處理器不足以實現容錯量子計算的長期目標。因此需要在系統中設計模塊化架構，以實現這項龐大而復雜的工程。

轉向新架構

IBM 向模塊化架構的轉型最早出現在其 2022 年技術路線圖中，當時宣布將于 2024 年推出名為 Crossbill 和 Flamingo 的多芯片處理器。Crossbill 是一款 408 量子比特處理器，首次實現了短程耦合技術的應用；而 Flamingo 作為1,386量子比特處理器，則開創性地采用了長程耦合方案。

耦合器在當前及未來容錯量子計算機中具有關鍵作用，它們能在不增加芯片制造難度、成本與時間的前提下實現邏輯層面的量子比特擴展，同時賦予架構設計靈活性。

2023 年，IBM 的科學家取得重大突破，開發出基于 qLDPC 碼（又稱雙變量自行車碼/gross 碼）的量子信息存儲方案。該編碼能將 12 個邏輯量子比特編碼為 144 個物理量子比特，并輔以 144 個輔助量子比特，總計 288 個物理量子比特實現糾錯功能。

在這之前，表面碼（surface code）一直是超導量子計算的默認糾錯方案，因其具備容忍高錯誤率、支持近鄰耦合、同時防護比特翻轉與相位翻轉等優勢。需特別指出的是，IBM 已驗證 qLDPC 碼的糾錯效能與表面碼相當，但二者帶來的效益卻有本質差異：雖然糾錯性能持平，qLDPC 碼僅需十分之一的物理量子比特即可實現同等功能。

在一篇最新發布于arXiv的論文中，IBM 詳細闡述了一個模塊化容錯量子計算機的端到端嚴格框架，該框架基于其在 2024 年Nature雜志里程碑式論文中提出的雙變量自行車碼；同時，IBM 同步發布的第二篇論文，首次提出了一種精確、快速、緊湊且靈活的糾錯解碼器方案——這種解碼器能夠高效部署于 FPGA 或 ASIC 芯片，實現實時解碼

“這增強了 IBM 糾錯方法的可信度。”英國量子計算初創公司 Riverlane 的解碼主管 Neil Gillespie 評價稱。

如今，IBM 量子技術已處于行業前沿。該公司通過云端和客戶現場部署了多臺量子計算機，其中多數配備了 156 量子比特的 Heron 處理器。據 IBM 官方披露，Heron 是其迄今為止性能最強大的量子處理器，目前不僅應用于 IBM Quantum System Two 系統，也廣泛集成于其他量子計算平臺。

節點規劃

IBM 計劃讓 Starling具備 200 個邏輯量子比特，能連續執行 1 億次精確邏輯運算——現有量子計算機僅能實現數千次。Gambetta 宣稱，這將實現前所未有的糾錯規模，此前谷歌和亞馬遜的演示僅涉及單芯片構建的單個邏輯量子比特，他稱之為小型器件實驗。

IBM 的研發路線圖將分階段推進 Starling 項目。2025 年，該公司計劃在名為“潛鳥”（Loon）的芯片上驗證糾錯信息的穩定存儲能力；2026 年，將建造兼具存儲與計算功能的“笑翠鳥”（Kookaburra）模塊；到 2027 年底，計劃將兩個“笑翠鳥”模塊連接成更大的量子計算機“鳳頭鸚鵡”（Cockatoo）。這些技術驗證完成后，最終將通過連接約 100 個模塊構建 Starling 系統。

IBM 的布局已延伸至 2029 年后。繼 Starling 之后，該公司計劃建造配備 2000 個邏輯量子比特的“藍松鴉”（Blue Jay）量子計算機，預計可執行 10 億次邏輯運算。

然而，目前尚不清楚 Starling 能否解決實際問題。部分專家認為，要運行任何實用算法，需要完成十億次糾錯后的邏輯操作。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校物理學家 Wolfgang Pfaff 表示，“Starling 代表著一個有趣的過渡階段，但這不太可能產生經濟價值。”他研究量子計算硬件，曾獲得IBM研究資助，但未參與 Starling 項目。

Pfaff 認為 Starling 的時間規劃是可行的。他指出，“該設計基于實驗和工程現實，他們提出的方案看起來相當有說服力。但構建量子計算機充滿挑戰，IBM 可能會因不可預見的技術難題而遭遇延期。”

1.https://www.technologyreview.com/2025/06/10/1118297/ibm-large-scale-error-corrected-quantum-computer-by-2028/

2.https://www.ibm.com/quantum/blog/large-scale-ftqc