世界上唯一的？IBM更新量子计算路线图：2029年交付！

06-16 06:35

电子爱好者网报道(文章 / 近几年来，量子计算似乎取得了越来越多的突破，许多技术和产品在国内外都有所突破。作为量子计算领域的先驱之一，IBM 最近公布了其量子计算路线图，宣布将在 2029 全球首个大规模容错量子计算机年度交付。—— IBM Quantum Starling。

同时 IBM 还发表了两篇技术论文，详细介绍了他们如何处理建立大规模容错结构的问题。

IBM 量子计算路线图

其实从 2020 年开始，IBM 量子计算一直按照之前制定的路线图有序推进。最近公布的是最新的修订路线图，IBM 规划了从 2025 年至 2033 年及以后的道路。

IBM 表示，到目前为止，基于过去的成功，他们已经成功地实现了以前的每一个里程碑，IBM 对于未来的发展充满信心。”从我们现在看到的情况来看，IBM 是世上唯一能在世上的人。 2030 量子计算机构年内运行数百个逻辑量子比特规模，数百万个量子门等级量子计算程序。"

2025 IBM 量子路线图来源：IBM

根据最新路线图，IBM 打算在 2025 每年都会推出一个量子芯片—— IBM Quantum Loon。该芯片具有较强的连接能力和相应结构的量子芯片，旨在提高高码率。 qLDPC 代码(低密度奇偶校验代码)用于概念验证试验，包括用于实现量子比特之间的远距离藕合。 c-couplers(耦合器)。

2026 年，IBM 第一个量子处理器模块化将推出 Kookaburra，那将是第一个可以存在的 qLDPC 将信息存储在存储器中，并通过附加存储。 LPU 量子处理器模块处理数据，将容错系统扩展到单个芯片之外。

2027 年，Cockatoo 将使用 L-couplers，实现2个 Kookaburra 模块间盘绕，然后将量子芯片像连接大型系统中的节点一样连接在一起，防止构建不切实际的大型芯片。

Starling 系统渲染图来源：IBM

到 2028 年，Starling 该系统注入多模块法术态验证。2029 年，Starling 最终扩展到支持 1 亿量子门和 200 系统的逻辑量子位。

在 2033 年后，Starling 将作为搭建 Blue Jay 未来的基础 Blue Jay 将实现超出 2000 一个逻辑量子位和 10 亿量子门。

如何实现大规模容错？

在量子计算中，大规模计算和现有的经典计算器一样，面临着纠错的问题。然而，与经典计算机相比，量子计算机的特点使得纠错难以解决，尤其是在大规模计算中。

比如经典计算机中的纠错可以通过复制冗余，比如三个 bit 存储 1 一种信息，可以有效地提高信息传递的正确性。

由于量子态不可复制的定律无法复制量子信息，因此需要纠缠编码，将信息分布到多个物理量子比特中，形成逻辑量子比特。

另外，比特旋转是唯一一种类似经典计算机的错误， 0 变成 1，或是 1 变成 0。但是量子错误有很多种，包括比特旋转、相位旋转、混合错误等。同时，错误是连续的，而不是离散的，这直接导致大规模量子很难纠正错误。

简单来说，如果你想让一台量子计算机大规模计算复杂的算法，为了纠正错误，每个逻辑量子位都需要成千上万的物理量子位支持，这是极其困难的能耗和工程。

实现大规模容错，使用尽可能少的物理量子位，带来更多的逻辑量子位，是实现量子计算机商业化的关键。

IBM 提到，要实现快速容错结构，就要看纠错码的选择，以及系统的软硬件设计是否能支持编码方案的扩展。最近发表的文章中，IBM 提出了六个实现可扩展可靠量子计算架构的标准：

容错：为了保证有价值的算法的成功实施，充分抑制了逻辑错误。

可寻址性：在计算步骤中可以独立准备或测量逻辑量子比特。

实用性：支持通用量子指令集的逻辑量子比特应用。

适应性：后续量子指令可以实时解码和调整测量结果。

模块化：硬件分布在可替换模块中，通过量子连接集成。

效率：合理的物理资源可以执行有价值的算法。

为解决这一问题，IBM 两篇论文分别聚焦于大规模容错量子计算的硬件架构设计，以及减少容错量子计算的能耗。

其中，在大规模容错量子计算硬件架构设计中，核心是双变量自行车代码（bivariate bicycle codes）。这是一种基于双变量的多项式（bivariate polynomials）结构的 qLDPC 代码，核心特征是远距离连接能力，模块化和高阀值。

其中，Gross 码和 Two-Gross 代码是双变量自行车代码的子类，但它们的设计目标、参数和应用领域不同。比如 Gross 码是表示用 144 一个物理量子位码 12 一个逻辑量子位，码距为通过远距离连接实现快速综合征测量电路，其特点是能耗低，适用于中等规模的量子计算系统。

而 Two-Gross 码用 288 一个物理量子位码 12 一个逻辑量子位，码距提高到通过增加物理量子位数来实现更强的错误抑制能力，适用于大规模容错量子计算等高度可靠的情况。

通过前面的内容我们也知道，减少量子计算的能耗，也是实现量子计算商业化的关键。IBM 通过改进量子纠错码设计、解码算法和拓扑保护策略，提出了减少大规模容错系统能耗的方案。

第一，在调整逻辑算符的基础上提出了一种（Gauging Logical Operators）并且分层存储器结构（Hierarchical Memories）低成本容错框架。前一种是通过动态管理逻辑门控制的生成元，减少对冗余物理资源的需求；后一种是通过局部检测来减少大规模 qLDPC 代码解码的复杂性，将整体纠错分解为多个子问题，显著减少了计算时间。

二是提高量子纠错码的解码算法效率，分析拓扑码在不均匀噪声环境中的稳定性，提高存储容错。

此外，IBM 还对 qLDPC 代码产品化提出了通过并行逻辑测量和桥接码等解决方案。（Bridging Codes），在多模块系统中减少纠缠费用；提出基于法术喷泉（Magic State Fountain）改进同源积码中的战略， T 门生成，减少 Magic State 能源消耗的准备。

总的来说，这两篇论文从硬件实现和理论改进的角度推动了容错量子计算的工程化进展，共同支撑了 IBM 提出的" Starling "路线图。

量子计算商业落地进展进展

从今年开始，国内外商业量子计算领域也取得了许多进展。5 月 6 日，本源量子宣布正式推出支持。 500 中国第四代量子比特自主量子计算测控系统源头天机 4.0标志着我国量子计算行业具有可复制、可迭代的工程生产能力，为百比特等量子计算机量产奠定了产业化基础。量子计算测控系统是量子计算机的神经中枢，它承担着生成、收集和控制量子芯片精密信号的核心功能。

安徽省量子计算工程研究中心副主任孔伟成博士介绍，该团队通过一系列底层软硬件架构的完全自主研发，进一步加强了量子芯片的高效控制和准确读取，可以大大缩短量子计算机的研发和交付时间。此外，源头天机 4.0 还配备了四个核心软件-量子计算测控系统服务器管理软件。 Naga&Venus、超导量子比特底层控制服务软件 Monster、全面量子芯片调控应用软件 Visage 以及量子计算机操作系统连接软件 Storm。

5 月 20 日日，美国量子计算公司 D-Wave Quantum 网站宣布，其最先进、性能最强的网站 Advantage22 正式上市量子计算系统。它是一种强大而节能的退火量子计算机，具有处理传统计算机难以解决的复杂计算问题的能力。这个系统配备了 D-Wave 迄今为止最先进的量子处理器，具有商业品质，专为提升、材料模拟、人工智能等实际应用领域而设计。

据 D-Wave Advantage2 与上一代相比，量子处理器的性能明显提高，Cpu选择 Zephy 具有拓扑结构 20 更复杂的问题模型可以嵌入路量子位间连接能力。提高系统的能量尺度噪音降低40% 为复杂计算提供更高质量的解决方案，75%。快速退火机制支持大规模相关退火计算，大大减少外界干扰对计算的影响，如热起伏。

量旋科技在 5 在月底的深圳国际人工智能展上，还展出了包括超导量子芯片在内的全球首台便携式量子计算机“双子座”在内的一系列量子计算产品 mini "、全栈量子计算实验平台量旋双子座 Lab 等。

写在最后

在量子计算领域，国内外许多商业公司、科研机构和大学都在不断投入开发。从发展路线来看，量子计算需要一个漫长的渐进过程，才能实现真正的商业应用。但是从 IBM 从路线图和全球进展来看，量子计算的商业落地奇点似乎正在加速向我们走来。

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