IBM与芝加哥大学声称以70量子比特实验实现“可信量子优势”
要点速览
- •IBM与芝加哥大学研究人员使用一种新型纠错技术编码了70个逻辑量子比特,在大约15分钟内完成了一项IBM称对领先经典模拟方法而言不切实际的计算。
- •该实验执行了2,415次逻辑双量子比特操作和468次逻辑T门操作,同时将逻辑错误率降低至底层物理错误率的约十分之一。
- •研究人员开发了一种替代随机电路采样的结构化验证方法,允许在计算过程中检测错误,同时保留问题的数学难度。
- •IBM的Starling路线图目标是在2029年前建成大规模容错量子计算机,目标是约200个逻辑量子比特和1亿次量子操作。
- •破解比特币的椭圆曲线密码学需要在容错量子计算机上运行数千个逻辑量子比特,远超任何当前硬件平台已展示的能力。

IBM与芝加哥大学研究人员合作,表示已展示了其所谓的“可信量子优势”,声称一台量子计算机完成了一项超越领先经典模拟方法能力的计算,同时还提供了表明结果准确的统计证据。
这一里程碑为克服量子计算最大障碍之一——在扩展至更大规模系统时可靠地纠正错误——的研究体系增添了新成果。虽然这一进展标志着IBM量子路线图的又一步,但该硬件距离被认为足以威胁比特币的水平仍相去甚远。
量子优势是指量子计算机在解决实际问题时,比最优的经典计算机更快、更廉价或更高效的任何里程碑。此前关于量子优势的声明,包括谷歌2019年广受关注的基于其53量子比特Sycamore处理器的“量子霸权”实验,曾引发质疑——所执行的任务是否真正有用,以及经典方法是否最终能够复现这些结果。IBM本身也曾反驳谷歌2019年的声明,发表了一篇论文,认为同样的计算可以在经典超级计算机上模拟。
“我们现在已牢牢进入量子优势时代,”IBM研究总监兼IBM Fellow Jay Gambetta在一份声明中表示。“这一里程碑为科学家、开发者和企业提供了新的基础,使他们能够在量子计算机扩展到远远超出我们经典能力所能解决的问题时,对其建立信任。”
在其最新公告中,IBM表示研究人员使用一种新型纠错技术编码了70个逻辑量子比特,在大约15分钟内完成了一项计算,该公司称用当今领先的经典模拟方法将需要不切实际的时间。该实验执行了2,415次逻辑双量子比特操作和468次逻辑T门操作,同时将逻辑错误率降低至底层物理错误率的约十分之一。
IBM还表示,该实验解决了量子优势演示中长期受到的批评:验证问题。研究人员没有依赖传统的随机电路采样,而是开发了一种结构化替代方案,允许在计算过程中检测错误,同时保留问题的数学难度。验证问题是整个行业中量子优势声明可信度的核心,谷歌、微软、IonQ和Quantinuum等公司都在竞相展示可靠的量子加速。
“验证仍然是确立实验性量子优势面临的最大挑战之一,”芝加哥大学副教授Bill Fefferman表示。“这项实验开发了新技术,以更好地表征噪声条件下困难量子态的保真度,从而增强了人们对量子计算机正在解决一个计算上困难问题的信心。”
该公告紧随IBM在其Starling路线图中设定的若干里程碑之后,该路线图于去年六月发布。该路线图目标是在2029年前建成大规模容错量子计算机,并要求在扩展到模块化处理器之前进行经验证的量子优势演示,最终目标是构建一个具有约200个逻辑量子比特和1亿次量子操作能力的系统。实现这一规模将需要在量子比特保真度、连接性和控制系统方面取得重大进展——这些领域在整个领域仍面临开放性工程挑战。
在过去一年中,IBM持续推进这些目标。2025年10月,研究人员展示了一个120量子比特的GHZ“猫态”,一个月后又推出了其120量子比特的Nighthawk处理器和实验性Loon芯片,两者均旨在推进容错计算。今年早些时候,该公司扩大了公众访问更先进量子硬件的渠道,为研究人员提供了更多时间来开发算法和纠错技术。
对于比特币而言,这项最新实验更应被视为迈向"Q-Day"的一项渐进性技术进步,而非威胁格局的重大转变。比特币依赖椭圆曲线密码学进行数字签名,研究人员通常估计,破解该网络的加密需要数千个逻辑量子比特在容错量子计算机上运行——远超IBM最新实验中展示的70个逻辑量子比特。理论上可行的针对比特币密码学的量子攻击将依赖Shor算法,但大规模执行该算法不仅需要数千个逻辑量子比特,还需要在深层电路中持续纠错,目前没有任何量子硬件平台展示过这一能力。