IBM 称已破解量子纠错技术，将于 2029 年推出大规模容错量子计算机
IBM的"Quantum Loon"项目将测试一种新型量子计算架构，该架构中量子比特（如图所示蓝色方块）之间的连接更全面，从而提升系统可靠性。
IBM公布了一种新型量子计算架构，声称该架构将大幅减少纠错所需的量子比特数量。这一技术进步将支撑其打造名为"Starling"的大规模容错量子计算机的目标，该计算机计划于2029年向客户开放。
由于量子计算机基础组件量子比特（即量子位）存在固有不可靠性，纠错技术对构建可靠的大规模量子设备至关重要。纠错方法将每个信息单元分散存储于多个物理量子比特中，从而形成"逻辑量子比特（logical qubits）"。这种冗余设计能有效防范单个物理量子比特的错误。
当前最主流的方案之一是表面码（surface code）技术，该方案需约1000个物理量子比特才能构成1个逻辑量子比特。IBM量子计算副总裁杰·甘贝塔在新闻发布会上表示，这曾是IBM最初聚焦的技术路线，但公司最终意识到，制造支持该方案的硬件实属"工程妄想（engineering pipe dream）"。
2019年前后，IBM开始探索替代方案。在去年发表于《自然》杂志的论文中，IBM研究人员提出名为"量子低密度奇偶校验码"（qLDPC）的新型纠错方案，所需量子比特数量仅为表面码的十分之一。如今，该公司公布的量子计算新架构正是为实现这一创新方案而设计。
IBM院士、量子计算副总裁Gambetta表示："我们已破解量子纠错的密码，计划打造首台大规模容错量子计算机。我们确信，建造这类机器的关键已从科学难题转变为工程实现问题。"
IBM公布量子计算新路线图
IBM将于今年晚些时候推出名为Loon的处理器，迈出实现该架构的第一步。该芯片将搭载耦合器，可连接同一芯片上的远距离量子比特——这正是实现qLDPC纠错码的关键。这种"非局域"交互使该方案比仅依赖相邻量子比特通信的表面码更高效。
根据随新架构同步发布的路线图：
- 2026年 推出升级处理器"笑翠鸟"（Kookaburra），首次集成逻辑运算单元与量子存储器
- 该处理器将成为基础模块原型，后续系统将基于该模块构建
- 2027年 通过连接两个模块构建"凤头鹦鹉"（Cockatoo）系统
尽管路线图未明确商用系统Starling的模块数量，但披露其将具备：
▸ 200个逻辑量子比特
▸ 1亿次量子运算能力
领导量子处理器团队的IBM院士Matthias Steffen表示："物理量子比特的具体数量有待最终确定，但新架构有望以数百个物理量子比特实现10个逻辑量子比特的突破性比例。"
IBM计划于2028年建成Starling系统，次年将其部署至云端。该系统将入驻纽约州波基普西市新建的量子数据中心，并为IBM路线图的终极目标——代号Blue Jay的2000逻辑量子比特系统奠定基础。
提前获知消息的高德纳副总裁分析师Mark Horvath评价称：
"相较此前技术，IBM新架构实现重大突破。芯片连通性的大幅提升带来显著性能增益，其背后有三维制造技术的重大突破支撑。若真能实现200逻辑量子比特，量子计算机将迈入解决实际问题的领域。"
但他同时警示：
"IBM实现目标所仰仗的模块化策略可能面临严峻挑战。这是项极其复杂的任务，虽终将成功，但实现时间远比人们预想的遥远。"
IBM院士Steffen坦言现存最大瓶颈在于：
▸ 全系统门保真度的提升
▸ 错误率需降低一个数量级
尽管公司确信目标可达，但关键在于改善基础量子比特的相干时间（即量子态维持时长）。Steffen强调："现有证据表明，这确是改善门错误率的核心瓶颈所在。"
在隔离测试设备中，IBM 已成功将平均相干时间提升至 2 毫秒，但将这一成果转化到更大芯片上并非易事。Steffen表示，该公司最近在其Heron芯片上取得了进展，相干时间从约 150 微秒提升至 250 微秒。
斯特芬还提到，支撑基础设施方面仍存在重大工程挑战，包括连接系统不同部件的连接器和放大器等。不过，新架构的一大优势在于，由于物理量子比特数量减少，其所需组件大大减少。“这也是我们对这些量子低密度奇偶校验（qLDPC）码如此兴奋的原因之一，因为它还能降低所有非量子处理器的开销。” 他说道。
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