IBM、ORNL 和 AMD 将 120 量子比特的 Nighthawk 与 MI355X Umbra 集群共同部署，用于量子纠错。

by 哈罗德弗里茨 on 2026 年 11 月 5 日

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IBM、AMD 和美国能源部橡树岭国家实验室量子科学中心今天联合发布了一个量子纠错协同设计平台，该平台基于位于同一设施内的量子和经典硬件构建。在位于纽约州波基普西的 IBM 量子计算中心，IBM 量子计算机（包括 120 量子比特的IBM Quantum Nighthawk处理器）与 Umbra 系统共置。Umbra 是橡树岭国家实验室的高性能计算系统，基于 AMD Instinct MI355X GPU 和第五代 AMD EPYC CPU 构建。AMD 硬件负责提供研究中的经典部分：解码、优化和软件编排。

位于纽约州波基普西的IBM量子系统二期项目，是量子纠错协同设计平台，它将IBM Nighthawk处理器与橡树岭国家实验室的Umbra系统相结合。

用于量子纠错的经典计算

纠错码将量子信息分散到多个物理量子比特上，并反复检查是否存在故障迹象。经典计算机读取每一轮检查结果，并计算出哪些量子比特出错（IBM 将这项工作称为解码），而解码器必须与量子处理器保持同步。如今，量子计算机和高性能计算集群很少位于同一设施中，因此研究人员需要通过云端访问量子计算机，在单独的系统上运行经典计算，并通过不同的应用程序接口 (API) 将两者连接起来。每一次数据交接都会增加延迟，并限制团队可以开展的实验。

该平台将两部分并排放置，以便研究人员能够在实际的量子硬件上测试纠错功能，而无需自行构建基础设施。IBM 表示，这项工作涵盖了级联码、时空码、算法感知解码器、硬件感知电路优化和编译，以及软件编排等多个方面，所有这些都集成在一个统一的堆栈中。

其中一项目标是分层纠错，它将保护模块内量子比特的内层代码置于包裹内层代码逻辑量子比特的外层代码之下。IBM 的研究表明，这种方法能够以千分之一的物理错误率实现万亿次逻辑运算，并且解码过程在每一层都进行。

ORNL 的 Umbra 高性能计算系统由一排液冷机架组成，机架上装有 AMD Instinct MI355X GPU 和第五代 EPYC CPU，为量子纠错研究提供经典计算能力。

“借助 Umbra，我们现在可以测试新的想法，大规模评估各种方法，并为更可靠的量子计算机奠定基础，”量子科学中心主任特拉维斯·汉布尔说。

Umbra 采用 MI355X GPU 和第五代 EPYC CPU

在量子计算方面，Nighthawk 为研究人员提供了 IBM 所有处理器架构中最高的方格连接性、高电路吞吐量，并通过 IBM 量子系统 API 实现实时脉冲控制。研究人员可以在电路运行过程中测量量子比特，实时根据测量结果采取行动，精确设置保护量子比特免受噪声干扰的信号时序，并直接处理原始测量信号。这使得研究团队能够比较每种纠错方法在量子比特、时间、样本和经典资源方面的成本，并找到 GPU 加速最有效的应用场景。

在经典计算方面，MI355X 加速器使研究人员能够大规模地训练和评估解码器，而 EPYC CPU 则负责编排。协同部署能够降低解码和条件执行的延迟，在条件执行中，量子程序会根据计算过程中获取的测量结果来选择其下一步操作。IBM 和 AMD 均未公布部署的节点数量、GPU 或 CPU 数量、解码延迟数据或基准测试结果。AMD 已单独介绍了用于低延迟控制和读出的自适应 SoC 和 FPGA，以及用于编排量子加速器的 ROCm，作为其混合量子战略的一部分，但此次公告并未提及这些技术与 Umbra 架构的关联。

该平台是对三家机构此前合作的延伸。IBM 和橡树岭国家实验室 (ORNL) 已通过量子科学中心开展合作，双方已展示了在 IBM 量子计算机和 Frontier 超级计算机上分别运行的工作负载，用于模拟磁性材料和计算候选聚变燃料材料的分子构型。此外，IBM 还与 AMD 合作，利用 AMD GPU 加速基于样本的量子对角化中的经典对角化步骤，两家公司还展示了一种能够在 AMD 芯片上解码量子错误的算法。

计划与 ORNL 超级计算连接

该平台将与位于田纳西州橡树岭的橡树岭领导计算设施 (ORLC) 连接，橡树岭国家实验室 (ORNL) 还表示将与其基于 AMD 的超级计算机 Lux 连接，以便量子计算能够作为该实验室更广泛的人工智能和科学计算基础设施的一部分运行。IBM 和 AMD 表示，此次合作将探索如何将未来几代 AMD 计算、网络和开源软件与量子计算机协同设计。这些连接目前仍在计划中，公告中并未提及完成日期、外部访问计划或平台正式发布的具体时间节点。

这项工作与美国能源部“量子创世计划”（Quantum Genesis Mission）的目标相契合，该计划的目标是在2028年之前制造出一台具有科学应用价值的量子计算机。该计划的Q竞赛目标是在2028年底之前实现100个逻辑量子比特，并完成100,000万次硬运算。而IBM目前的实验达到了70个逻辑量子比特和438次硬运算，运算次数相差约230倍。IBM表示，这些团队在纠错和高性能计算（HPC）工作流程方面获得的经验将为IBM Quantum Starling——这款计划于2029年交付的容错量子计算机——提供信息支持。

AMD 执行副总裁兼首席技术官 Mark Papermaster 表示：“这一协同设计平台是构建可扩展、高效的计算基础设施的重要一步，而这对于实现容错量子计算至关重要。”