520個可程式化量子位元設計目標：國際商業機器（IBM）規劃2027年連接兩顆晶片

國際商業機器（IBM）公布新一代量子處理器 Nighthawk r3 的設計，目標是配置520個可程式化量子位元，並推出連接量子與傳統運算的平台功能。

IBM於11日發布的官方公告指出，Nighthawk r3將以520個量子位元準確執行1萬次量子運算為設計目標，整顆處理器共有2034個物理量子位元。520個是可供運算使用的可程式化量子位元數量，屬於設計目標，並非現有設備的實測表現。

目前運作中的 Nighthawk r2 配備120個可程式化量子位元和458個物理量子位元。IBM於6日（當地時間）在美國芝加哥啟用 Nighthawk r2 設備。

量子電路每執行一次會產生一筆結果樣本。複雜運算需要反覆執行並累積結果，因此除了量子位元數量，執行速度也很重要。

Nighthawk r2每秒最多可處理10萬筆樣本，並以120個量子位元執行超過7500次量子運算。IBM表示，客戶與合作夥伴已在這款處理器上執行超過340億次電路運算，效能較IBM先前的處理器最高提升19倍。

Nighthawk r3預計配備10個用於連接處理器的 l-coupler。IBM以r2的正方形網格連接架構和快速運算能力為基礎，提出處理器互連設計。

IBM今年以4個 l-coupler 連接兩顆 Nighthawk r1 處理器，量子態傳輸保真度達99.3%。這項實驗朝公司提出的99.9%目標邁進。

IBM也首次展示將兩個極低溫模組連接成單一系統。系統在5天內達到工作溫度，並降至15毫開爾文以下。

除了硬體開發，IBM Quantum Platform也能在同一個託管環境中，連接量子運算與筆記型電腦、超級電腦等傳統運算。研究人員可在同一工作流程中安排量子與傳統運算，不必每次都自行串接不同運算環境。

IBM指出，量子工作規模愈大，錯誤校正與緩解、雜訊學習及後處理所需的傳統運算資源也會增加。平台支援將從筆記型電腦到高效能電腦等不同運算資源，與量子工作結合。

平台也提供脈衝層級的控制功能，讓研究人員調整運算時點、偵測與分析錯誤、加快量子位元初始化，並擷取測量資訊。

IBM表示，與日本理化學研究所（RIKEN）研究人員合作進行樣本式量子對角化，執行速度較既有研究快約5倍，計算量增加至100倍。這項成果來自該研究團隊的另一項工作。

克里夫蘭醫學中心（Cleveland Clinic）與日本理化學研究所研究人員在生物相關結構建模作業中，自動處理6億800萬個樣本。IBM表示，這項作業的速度約為未使用自動化時的33倍。

IBM Research主任暨IBM Fellow傑伊·甘貝塔（Jay Gambetta）表示：「實用的量子運算，取決於能否準確且快速地提供結果。」這意味著評估效能時，除了量子位元數量，也要考量結果品質與處理時間。IBM計劃於2027年連接兩顆 Nighthawk r3，打造由1040個量子位元組成的系統。