IBM新型量子芯片发布：比特币量子威胁尚远，但量子计算里程碑或将提前实现

IBM近日公布了其量子计算实用性路线图的最新进展，展示了升级后的处理器、软件及制造技术。公司表示，这些突破将推动量子计算在2026年实现可验证的量子优势，并在2029年达到容错能力的重要里程碑。

“量子优势”指的是量子计算机能够完成传统计算机无法完成的任务的关键节点，而“容错”则指量子计算机在面对错误时保持性能稳定的能力。如果IBM的计划得以实现，其Nighthawk处理器将在十年末之前为商业化量子计算机奠定重要基础。

尽管IBM的声明使量子计算更接近所谓的“Q日”，但这一新型处理器距离对加密保护构成威胁仍有很长的距离，尤其是对比特币等加密货币的影响。

破解比特币的椭圆曲线密码需要一台拥有约2000个逻辑量子比特的容错量子计算机，考虑到纠错机制，这相当于数千万个物理量子比特。Nighthawk是一款120量子比特的处理器，旨在处理更复杂的计算，同时保持较低的错误率。

首批Nighthawk系统预计将于2025年底交付用户，而未来的迭代版本预计到2028年将连接超过1000个量子比特。该芯片通过218个可调耦合器连接每个量子比特，比IBM之前的芯片多出约20%。苍鹭设计于2023年推出，新的架构允许电路复杂度提高约30%，支持多达5,000个双量子比特门的计算。

Nighthawk是IBM Starling项目的重要里程碑。路线图于今年7月公布，目标是在2029年前交付一台大规模、容错的量子计算机——IBM Quantum Starling。要实现这一目标，必须在模块化架构和纠错方面取得重大进展。

IBM的声明发布在量子计算领域新一轮投资浪潮之后。今年10月，谷歌宣布其Willow处理器实现了已验证的量子加速，以比任何经典超级计算机更快的速度完成了物理模拟。这一结果再次引发了关于比特币加密技术长期安全性的担忧。

为了支持其量子计算领域的雄心壮志，IBM与Algorithmiq、Flatiron Institute和BlueQubit合作推出了量子优势跟踪器，这是一个开源平台，用于比较基准实验中的量子和经典结果。

此外，IBM还扩展了其Qiskit软件以匹配新硬件。该公司表示，Qiskit中的动态电路在100量子比特规模下将精度提高了24%。新的C-API接口将Qiskit与高性能经典系统连接起来，以加速误差缓解，IBM声称这将使获取精确结果的成本降低100倍以上。

到2027年，IBM计划增加用于机器学习和优化的计算库，以帮助研究人员对物理和化学系统进行建模。

构建容错能力

IBM还宣布了其Quantum Loon处理器的研发进展。该处理器展示了容错量子计算所需的所有关键硬件组件。该芯片架构基于已在其他测试系统中验证过的技术，包括连接远距离量子比特的长程“c-耦合器”以及在操作之间重置量子比特的能力。

该公司报告称，错误解码性能提高了十倍，使用qLDPC码实现了480纳秒以内的实时纠错——这一里程碑比原计划提前了一年实现。

为了加速研发，IBM将其量子芯片的生产转移到了位于纽约州奥尔巴尼纳米技术中心的一条300毫米晶圆生产线上。这一转变使研究速度提高了一倍，芯片复杂度提高了十倍，并实现了多种处理器设计方案的并行开发和探索。

IBM表示，这些更新标志着在可扩展、容错量子系统方面取得持续进展，并为未来几年内经社区验证的量子优势演示奠定了基础。

IBM研究总监Jay Gambetta在一份声明中表示：“我们相信，IBM是唯一一家能够快速发明和扩展量子软件、硬件、制造和纠错技术，从而解锁变革性应用的公司。”