IBM 发布了其下一代量子处理器 Nighthawk r3，该处理器旨在精确地在 520 个可编程量子比特上执行 10,000 次量子运算。该芯片包含 2,034 个物理量子比特，并增加了 10 个芯片间互连。IBM 计划在 2027 年将其中两个芯片连接成一个 1,040 量子比特的系统。这相当于当前Nighthawk r2可编程量子比特数量的 4.3 倍，并且每个电路的运算量也增加了三分之一。IBM 尚未公布 r3 在 2027 年计划之外的具体上市日期。
Nighthawk r3 架构和互连
Nighthawk r3 保留了 Nighthawk r2 的方形晶格连接和快速运行特性，后者拥有 458 个物理量子比特中的 120 个可编程量子比特。新增的元素是互连：r3 配备了 10 个 L 型耦合器，这是 IBM 对芯片间连接（将处理器连接成更大系统）的术语。这种模块化扩展贯穿 IBM 的发展路线图，该公司表示，其计划于 2029 年推出的容错系统 Starling 将需要超过 100 个 L 型耦合器协同工作。
今年，IBM 通过四个 L 型耦合器将两颗 Nighthawk r1 处理器连接起来，测得平均量子态转移保真度为 99%，最佳结果为 99.3%，目标值为 99.9%。该公司还首次将两个低温模块集成到一个系统中，该系统在不到五天的时间内达到工作温度，并将温度冷却到 15 毫开尔文以下。计划于 2027 年推出的 1,040 量子比特系统能否成功，取决于 r3 规模下这两项结果是否仍然有效。
IBM研究院院长兼IBM院士杰伊·甘贝塔表示：“实用的量子计算能否实现，关键在于能否快速准确地交付结果；这两点都至关重要。Nighthawk目前已经向我们展示了这一点。随着我们将这种架构扩展到更大、更强大的量子计算机，量子计算的能力将达到新的高度，因为我们将与经典资源更紧密地整合，并朝着容错方向迈进。”
Nighthawk r2 工作负载结果
IBM 表示，Nighthawk r2 每秒可提供高达 100,000 万个样本，吞吐量比 IBM Quantum Heron 提升 25 倍，并支持在其 120 个量子比特上执行超过 7,500 种量子运算，从而实现精确计算。速度至关重要，因为每次电路运行都会返回一个样本，而 IBM 所描述的应用需要数百万到数十亿个样本。IBM 将其量子比特重置速率设定为 100kHz，从而缩短了运行间隔时间。
据IBM称，包括E.ON、Algorithmiq和Q-CTRL在内的客户和合作伙伴已在Nighthawk r2上运行了340亿个电路，并报告称其速度比之前的IBM处理器提升了高达19倍。E.ON报告称，在用于能源网格优化的量子机器学习工作负载上，速度提升了15倍。IBM与橡树岭国家实验室合作开展了一项模拟磁性材料的实验，该实验的结果与中子散射实验的结果一致，测得速度提升了12倍。这两个数据均相对于之前在Heron处理器上的工作而言。
Algorithmiq 的一项模拟异构量子材料的实验，最初在 Heron 超级计算机上运行，作为IBM 及其合作伙伴此前发布的量子优势成果的一部分，现在在 Nighthawk r2 超级计算机上运行速度提升了 8 倍。IBM 表示，r2 版本也更难用经典方法复现，领先的张量网络方法需要大约 240 倍的内存才能达到类似的精度。这些是厂商和合作伙伴的结果，我们并未运行或审核这些实验。
经典计算积分
IBM 量子平台现已在一个统一的托管环境中提供高性能计算 (HPC) 和经典计算，以及量子硬件。用户可以将量子工作流连接到外部经典系统，从笔记本电脑到超级计算机均可适用。IBM 通过 IBM Quantum Functions（原名 Qiskit Functions）提供托管工作流，支持高内存和 GPU 加速计算、并行参数扫描、持久存储以及基于使用量的计费。量子工作负载依赖经典系统进行误差缓解、噪声学习和后处理，IBM 预计随着电路规模的扩大，这种需求将会增长。
在早期使用中，IBM 和 RIKEN 的科学家们运行他们最初的基于样本的量子对角化工作流程的速度提高了约 5 倍，同时计算量也比原始研究增加了 100 倍。克利夫兰诊所和 RIKEN 利用该平台处理了约 608 亿个样本，用于构建生物相关结构模型。IBM 表示，与未使用工作流程自动化相比，速度提高了 33 倍。
该平台还开放了用于量子纠错研究的脉冲级控制，涵盖操作时序、更快的量子比特重置和测量读出。这项工作与IBM与橡树岭国家实验室和AMD共同构建的协同设计平台相契合，该平台将Nighthawk平台与橡树岭国家实验室的Umbra高性能计算系统及其AMD Instinct MI355X GPU和第五代AMD EPYC CPU并列，以便研究人员能够跨量子和经典硬件共同开发纠错方案。
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