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IBM 量子处理器仅用 19 秒完成百万次采样，挑战超级计算机 110 年任务
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- 荷鲁斯快报
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9月30日，美国BlueQubit研究团队利用IBM最新Nighthawk r2量子处理器完成随机量子线路采样实验，仅用19秒便生成了100万个样本。研究人员估算，Frontier超级计算机完成同等任务约需110年。该结果展示了特定基准任务上的量子计算优势，但这一时间估算并非经典计算能力的理论上限。
Nighthawk r2配备120个超导量子比特，并可通过IBM云平台访问。团队选取其中61个量子比特，运行复杂度逐步增加的随机量子线路，最多执行40个周期。经过调整，实验在36个周期、918个双量子比特门的配置下找到所需平衡点。
随机量子线路采样通过让量子比特按随机选择的多轮操作演化、产生纠缠并反复测量，生成由0和1组成的结果字符串，用于检验量子处理器能力。随着量子比特数量和操作轮数增加，经典计算机精确复现相应概率分布的难度会迅速上升。此次任务的关键并非单纯生成大量二进制结果，而是使其符合特定量子线路产生的概率分布。
团队利用张量网络收缩方法估算，经典计算复现这100万组样本约需1.2×10²⁷次操作。以峰值性能超过每秒10¹⁸次运算的Frontier为参考，按照持续性能计算，完成同等任务约需110年。这一数字依赖特定算法和相关假设，更高效的算法、重复利用中间结果或近似方法均可能明显缩短经典模拟时间。
为验证实验结果，团队先把61个量子比特拆分为三个或四个较小系统，对经过“裁剪”的线路进行精确经典模拟，以评估完整实验。团队还采用镜像线路，让量子处理器执行一组操作后立即运行完全相反的操作，并根据最终状态偏离初始状态的程度衡量累积噪声和错误。两种交叉验证方法随着线路深度增加，仍给出了较为接近的结果。
在36个周期条件下，剩余量子信号的保真度约为0.23%，但该数值不能直接理解为传统意义上的正确率，因为多数量子信息会受噪声影响而逐渐消失，实验关注的是理想概率分布是否仍留下可测量的痕迹。Nighthawk r2采用专用复位机制，可主动释放量子比特中的能量，将连续实验之间的等待时间缩短至最低约1微秒。IBM表示，该处理器每秒可执行超过10万个量子线路，而上一代Heron处理器约为4000个。
此次测试通过可从云平台访问的商业量子处理器完成，团队还公开了量子线路、样本和分析代码，供其他研究者复现验证。研究团队并未宣称量子计算机已使经典超级计算机失去意义。谷歌2019年Sycamore实验曾估算经典模拟需约1万年，但后来出现的更高效方法大幅缩短了这一时间；随机量子线路采样目前仍是能力基准而非生产任务，相关论文也尚未经过同行评审。
