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IBM
IBM已公佈一種新的量子計算架構，稱其將大幅減少錯誤糾正所需的量子位元數量。這一技術進展將支撐其構建名為 “Starling” 的大規模容錯量子計算機的目標，該裝置將於2029年前向客戶開放（https://spectrum.ieee.org/ibm-quantum-computer-2668978269）。
由於量子計算機的基本單元 —— 量子位元存在固有不可靠性，錯誤糾正對於構建可靠的大規模量子裝置至關重要。糾錯技術透過將每個資訊單元分散到多個物理量子位元上，以建立 “邏輯量子位元”，從而為單個物理量子位元的錯誤提供冗餘保護。
最常用的糾錯方法之一是 “表面碼”（surface code），其需要約1000個物理量子位元才能構成一個邏輯量子位元。IBM量子部門副總裁Jay Gambetta在新聞釋出會上表示，這是IBM最初關注的方向，但公司最終意識到，建立支援該技術的硬體 “在工程上是白日夢”。
大約在2019年，該公司開始探索替代方案。在去年發表於《自然》雜誌的一篇論文中（https://www.nature.com/articles/s41586-024-07107-7），IBM研究人員概述了一種名為量子低密度奇偶校驗（qLDPC）碼的新糾錯方案，其所需的量子位元數量約為表面碼的十分之一。如今，該公司已推出一種能夠實現這一新方案的量子計算架構（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）。
“我們已攻克量子糾錯的密碼，計劃建造首臺大規模容錯量子計算機，” 身為IBM Fellow的Gambetta表示，“我們有信心，現在的問題是如何透過工程實現這些機器，而非科學層面的挑戰。”
IBM公佈全新量子計算路線圖
IBM將於今年晚些時候向實現這一架構邁出第一步，推出名為 “Loon” 的處理器。該晶片將配備能連線同一晶片上遠距離量子位元的耦合器，這是實現量子低密度奇偶校驗（qLDPC）碼的關鍵。這種 “非局域” 相互作用使該方案比僅依賴量子位元與相鄰單元通訊的表面碼效率更高。
根據與新架構細節同步釋出的路線圖，IBM計劃在2026年推出後續處理器 “Kookaburra”，其將同時具備邏輯處理單元和量子儲存器。這將是首次展示後續系統所需的基礎模組。次年，IBM計劃將兩個此類模組連線，打造名為 “Cockatoo” 的裝置。
IBM的量子路線圖並未詳細說明將使用多少模組來構建其計劃中的商用系統Starling，但該計算機將配備200個邏輯量子位元，能夠執行1億次量子操作。領導量子處理器技術團隊的IBM Fellow Matthias Steffen表示，具體需要多少物理量子位元尚未最終確定，但他補充說，新架構可能需要數百個物理量子位元來構建10個邏輯量子位元。
IBM計劃在2028年前建成Starling，並於次年將其接入雲端。該系統將部署在紐約州波基普西市新建的量子資料中心內，為IBM當前路線圖中的最終系統 —— 代號 Blue Jay的2000邏輯量子位元機器奠定基礎。
Gartner副總裁分析師Mark Horvath在釋出會前已聽取相關簡報，他表示IBM的新架構較其此前技術實現了重大突破。新晶片增強的互聯能力使其效能大幅提升，且背後有3D製造領域的重大突破支撐。Horvath指出，若該架構助力IBM實現200個邏輯量子位元，將推動量子計算機進入解決實際問題的階段。
不過，Horvath補充道，IBM賴以實現目標的模組化方案可能面臨挑戰。“這是一項極為複雜的任務，” 他說，“我認為它最終會成功，只是實現時間比人們預想的要久遠得多。”
剩餘的最大障礙之一是提升裝置整體的門操作保真度。IBM的Steffen承認，要成功實現這一新架構，錯誤率需要降低一個數量級，儘管該公司有信心這一目標可以實現。未來的主要路徑之一將是改善底層量子位元的相干時間，即它們維持量子態的時長。“我們確實有證據表明，這是改善門操作錯誤的主要瓶頸之一，” Steffen說。
IBM在孤立測試裝置中已將平均相干時間提升至2毫秒，但將其轉化為大型晶片並非易事。Steffen表示，該公司最近在Heron晶片上取得進展，相干時間從約150微秒提升至250微秒。
Steffen指出，基礎設施支援方面仍存在重大工程挑戰，包括連線系統不同部分的聯結器和放大器。但新架構的一大優勢在於，由於所需物理量子位元數量減少，其需要的元件也少得多。“這是我們對這些qLDPC碼如此興奮的原因之一，因為它還減少了所有非量子處理器的開銷，” 他說。
This story was updated on 10 June 2025 to correct some details of IBM’s current roadmap.
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