IBM 在 2025 年量子开发者大会上公布了其通往容错量子计算道路上的重大进展。通过推出旨在实现“量子优势”的 Nighthawk 处理器、用于验证容错硬件的 Loon 芯片，以及软件栈 Qiskit 的大幅升级，IBM 计划在 2026 年底前超越经典计算极限，并力争在 2029 年实现大规模容错计算。此外，通过转向 300mm 晶圆制造，公司的芯片研发与迭代速度得到了显著提升。
迈向量子优势：Nighthawk 处理器
IBM 发布了其迄今为止最先进的量子处理器 IBM Quantum Nighthawk。该处理器的架构设计旨在配合高性能量子软件，目标是在 2026 年实现量子优势——即量子计算机解决问题的能力彻底超越所有经典计算方法。
Nighthawk 预计将于 2025 年底交付给用户，其核心亮点包括：
- 120 个量子比特： 采用正方形晶格排列，通过 218 个下一代可调耦合器连接。
- 更高的连通性： 相比前代 Heron 处理器，耦合器增加了 20% 以上。这使得用户能够在保持低错误率的同时，执行复杂度提升 30% 的电路。
- 算力扩展路线图： IBM 预计到 2026 年底，Nighthawk 将支持高达 7,500 个双量子比特门，并在 2028 年通过远程耦合器技术支持多达 15,000 个门。
为了验证这些进展，IBM 与合作伙伴（如 Algorithmiq 和 Flatiron Institute）共同建立了一个开放的量子优势追踪器（Quantum Advantage Tracker），旨在系统地监测和验证量子计算何时能真正超越经典方法。
软件升级：Qiskit 与高性能计算的融合
为了在硬件上实现突破，开发者需要对电路进行高度控制，并利用高性能计算（HPC）来缓解计算错误。IBM 的量子软件栈 Qiskit 迎来了重要更新，致力于提升准确性并降低成本。
IBM 正在通过新的执行模型扩展 Qiskit，该模型支持精细控制和 C-API，从而解锁了 HPC 加速的错误缓解能力。
关键性能提升：
- 准确率提升： 在 100+ 量子比特的规模下，动态电路能力的扩展带来了 24% 的准确率提升。
- 成本大幅降低： 利用 HPC 驱动的错误缓解技术，提取准确结果的成本降低了 100 倍以上。
- 原生集成： 提供了基于 C-API 的 C++ 接口，允许用户在现有的 HPC 环境中原生编程量子任务。
容错计算的基石：Quantum Loon
在追求近期优势的同时，IBM 也在加速开发容错量子计算机，目标直指 2029 年。为此，公司推出了实验性处理器 IBM Quantum Loon。
Loon 是首个展示了容错量子计算所需所有关键硬件组件的处理器。它验证了一种新的架构，能够实现高效的量子纠错：
- 突破性的连接层： 引入了多个高质量路由层，实现了超越“最近邻”的长距离芯片内连接（c-couplers）。
- 实时解码里程碑： IBM 证明了使用经典硬件在不到 480 纳秒的时间内实时解码错误是可行的。这一工程壮举比原计划提前整整一年完成。
基础设施飞跃：300mm 晶圆制造
随着量子计算机规模的扩大，制造工艺也必须升级。IBM 宣布其量子处理器晶圆的主要制造工作已转移至纽约州 Albany NanoTech Complex 的 300mm 晶圆制造工厂。
这一转变不仅仅是尺寸的扩大，更是研发效率的质变：
- 研发速度翻倍： 构建每个新处理器所需的时间至少缩短了一半。
- 复杂度激增： 量子芯片的物理复杂度实现了 10 倍的增长。
- 并行研发： 能够同时研究和探索多种设计方案，加速了从实验到产品的转化周期。