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IBM发布Nighthawk r2量子芯片:120量子比特,吞吐量提升25倍

摘要

IBM于8月31日推出Nighthawk r2量子处理器,配备120个可编程量子比特及458个物理元件,每秒可执行超10万个量子电路,吞吐量达Heron的25倍。该芯片采用耗散式重置设计,将重置时间压缩至纳秒级,并已在7500门级电路上实现准确计算。

IBM于8月31日通过官方博文正式发布其新一代量子处理器Nighthawk r2,宣称这是该公司迄今运行速度最快的量子芯片。该处理器配置了120个可编程量子比特、218个专用耦合器以及120个独立重置元件,物理量子元件总数达到458个,整体架构面向高吞吐量计算场景设计。

在性能指标上,Nighthawk r2每秒可执行的量子电路数量超过10万个,这一吞吐量是IBM此前Heron处理器的25倍。IBM表示,这一突破主要得益于芯片设计层面的革新——每个可编程量子比特均通过可调耦合器连接至低温环境,形成所谓的"耗散式重置组件"。当重置流程启动时,低温环境会迅速带走量子比特的多余能量,使其快速回归静止状态。

据IBM披露的技术细节,系统在重置期间的有效T1时间从约200微秒大幅缩短至约25纳秒,降幅接近四个数量级。得益于此,电路运行之间的闲置等待时间可被压缩至最低1微秒,从而显著提升单位时间内的电路执行密度。此外,Nighthawk r2采用方格晶格连接布局,多数可编程量子比特可与四个最近邻量子比特建立连接,为复杂算法提供了更灵活的拓扑支持。

IBM在博文中报告称,Nighthawk r2已能够从包含超过7500个量子门的电路中产出准确结果,这一进展对应了该公司2026年量子开发路线图上的既定目标。在一项涉及中子散射模拟的基准测试中,该处理器的计算速度较传统方案提升了12倍,仅用约60秒便生成了与实验室实测数据吻合的材料光谱。

作为IBM量子硬件路线图上的最新节点,Nighthawk r2的发布标志着其在纠错前阶段(NISQ)向实用化方向又迈进了一步。尽管量子计算距离大规模商用仍有距离,但吞吐量数量级的跃升与重置延迟的显著压缩,为后续探索材料科学、化学模拟等高价值应用场景提供了更具现实意义的算力基础。

IBM量子计算Nighthawk r2芯片技术
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