近日，科技巨頭 IBM 拋出一枚 “重磅炸彈”，宣布將于 2029 年推出世界首臺大規模容錯量子計算機 ——IBM Quantum Starling，并同步更新量子技術路線圖。IBM 董事長兼首席執行官 Arvind Krishna 表示：“IBM 正全力開拓量子計算的下一個前沿領域，我們在數學、物理及工程領域的深厚積累，正在為大規模、具備容錯能力的量子計算機筑牢根基，這類計算機將有能力攻克現實世界中的諸多難題，為商業發展開辟無限可能。”

據了解，大規模容錯量子計算機具備數百乃至數千個邏輯量子比特，可執行數億至數十億次運算。這一強大的計算能力，將大幅提升藥物研發、材料探索、化學研究以及優化等領域的效率，顯著降低時間與成本。

IBM Quantum Starling 落地于紐約波基普西的全新 IBM Quantum 數據中心，將于 2029 年交付使用，屆時將憑借 200 個邏輯量子比特運行 1 億次量子運算，成為解決上述問題的 “利器”，同時也將為后續的 IBM Quantum Blue Jay 奠定基礎，后者可在 2000 個邏輯量子比特上執行 10 億次運算。

邏輯量子比特作為經過糾錯處理的量子計算機單元，由多個物理量子比特協同構成，用于存儲量子信息并相互監測錯誤。與傳統計算機類似，量子計算機若要穩定運行大規模工作負載，糾錯必不可少。為此，科學家往往利用物理量子比特集群來創建數量相對較少的邏輯量子比特，這些邏輯量子比特的錯誤率低于基礎物理量子比特。邏輯量子比特的錯誤率會隨著集群規模的增大而呈指數級降低，這使得它們能夠執行更多運算。

對于大規模量子計算而言，使用盡可能少的物理量子比特，構建越來越多能夠執行量子電路的邏輯量子比特，至關重要。然而，直至今日，仍未出現一種明確的路徑，能夠構建出這樣一個容錯系統，同時又不會產生不切實際的工程開銷。

一個高效的容錯架構，取決于其糾錯代碼的選擇，以及如何設計和構建系統，以使這些代碼能夠實現擴展。以往的替代方案及黃金標準糾錯代碼，均帶來了一些根本性的工程挑戰。為了實現擴展，它們需要數量龐大且難以實現的物理量子比特，來創建足夠多的邏輯量子比特，以執行復雜運算，這就需要不切實際的基礎設施和控制電子設備。因此，這些方案在小規模實驗和設備之外，很難得到實際應用。

一臺實用的、大規模的、具備容錯能力的量子計算機，其架構需具備以下特性：

1.容錯性：能夠抑制足夠多的錯誤，確保有用的算法能夠成功運行。

2.邏輯量子比特操作能力：能夠通過計算對邏輯量子比特進行準備和測量。

3.通用指令應用能力：能夠將通用指令應用于這些邏輯量子比特。

4.實時解碼與指令調整能力：能夠實時解碼邏輯量子比特的測量值，并可根據結果更改后續指令。

5.模塊化與可擴展性：具備模塊化特點，可擴展至數百或數千個邏輯量子比特，以運行更為復雜的算法。

6.資源利用效率：在使用真實的物理資源（如能源和基礎設施）時，具備足夠的效率來執行有意義的算法。

為此，IBM 發布兩篇全新技術論文，詳述構建大規模容錯架構的方案。其中，第一篇論文基于發表于《自然》雜志封面的開創性糾錯方法，揭示了利用 qLDPC 代碼高效處理指令與運算的方式，該代碼相比其他領先代碼，將糾錯所需的物理量子比特數量減少約 90%，并列出運行大規模量子程序所需資源，凸顯架構高效性；第二篇論文則介紹了如何有效解碼物理量子比特信息，并規劃出利用傳統計算資源實時糾錯的路徑。

同時，全新的 IBM Quantum 路線圖也公布了一系列關鍵技術里程碑。2025 年預計推出的 IBM Quantum Loon，將測試 qLDPC 代碼的架構組件；2026 年預計推出的 IBM Quantum Kookaburra，將成為首款存儲和處理編碼信息的模塊化處理器；2027 年的 IBM Quantum Cockatoo，則會利用 “L 型耦合器” 使 Kookaburra 模塊發生糾纏，這些技術進步都將為 2029 年 Starling 的推出做鋪墊。

值得一提的是，可擴展和節能量子技術領域的領導者 SEEQC 宣布與 IBM 開展戰略技術合作，作為美國國防高級研究計劃局（DARPA）量子基準計劃（QBI）的一部分，雙方的合作彰顯了紐約量子生態系統在 “商業化連續體” 各環節的協同貢獻。

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

編譯：路飛