比現有量子電腦快上兩萬倍！IBM宣布打造全球首台「大規模容錯量子電腦」，預計2029年問世

已擁有全球最大量子電腦群的IBM，6月10日公布他們打造量子電腦世界的最新構想：全球第一台大規模容錯量子電腦，為實用化、可擴展的量子運算奠定基礎。這台預計4年後問世的​IBM Quantum Starling（椋鳥），將在紐約州波基普西市新建的IBM量子資料中心運作，運算效能可達目前量子電腦的兩萬倍。IBM宣稱，Starling可讓使用者完整探索其量子態的複雜性，突破量子電腦僅能存取有限特性的限制。​​​

IBM 董事長兼執行長克里希納（Arvind Krishna＿表示：「IBM 正在開拓量子運算的下一個尖端領域。我們在數學、物理和工程領域的專業知識，正為打造大規模容錯量子電腦鋪路——這台電腦將解決現實世界的挑戰，並為企業開啟無限可能。」IBM除了發表​Starling的興建計劃，10日也同步發布新版量子發展路線圖，詳細規劃如何打造「實用化的容錯量子電腦」。​

根據IBM的新聞稿，要完整呈現Starling的運算狀態，所需記憶體容量將超過10的48次方台全球最強大超級電腦的總和。「Starling」系統將透過 200 個邏輯量子位元執行 1 億次量子運算，取得解決這些問題所需的運算能力。它將成為後續量子電腦「Blue Jay」（藍松鴉）」系統的基礎，該系統將能運用 2,000 個邏輯量子位元執行 10 億次量子運算。

一台具備數百或數千個邏輯量子位元的大規模容錯量子電腦，可執行數億至數十億次運算，這將大幅提升藥物開發、材料發現、化學研究與最佳化等領域的時效與成本效益。邏輯量子位元是容錯量子電腦的基本單位，負責儲存一個量子位元的量子資訊。它由多個物理量子位元共同構成，這些物理量子位元不僅協作儲存資訊，還能相互監測錯誤。

IBM指出，如同傳統電腦，量子電腦也需要進行錯誤修正才能正確執行大型運算任務。為此，系統會使用多個物理量子位元群組來創建數量較少但錯誤率更低的邏輯量子位元。隨著群組規模擴大，邏輯量子位元的錯誤率會呈指數級下降，從而能執行更多運算操作。如何以盡可能少的物理量子位元創建更多能執行量子電路的邏輯量子位元，是實現大規模量子計算的關鍵，但直到今日業界仍在持續摸索。能否成功建構高效容錯架構，取決於所選用的錯誤修正編碼技術，以及系統設計與建置方式是否能讓該編碼技術實現規模化應用。

IBM指出，若要擴大邏輯量子位元的規模，需要不切實際的大量物理量子位元來產生足夠的邏輯量子位元——這將導致基礎設施與控制電子設備的需求量達到難以實現的程度。因此，這些方法很可能僅限於小型實驗與設備的實作。因此一個實用、大規模且具容錯能力的量子電腦，其架構必須具備以下特性：

＊具備容錯能力，能有效抑制足夠的錯誤以確保實用演算法成功執行。

＊能夠透過運算來製備與量測邏輯量子位元。

＊能夠對這些邏輯量子位元應用通用指令。

＊能夠即時解碼邏輯量子位元的測量結果，並可調整後續指令。 （相關報導： 蘋果WWDC平淡無奇，創新信仰被動搖了？ 《經濟學人》示警：蘋果會成為下一個NOKIA嗎？ ｜ 更多文章 ）

＊採用模組化設計，可擴展至數百或數千個邏輯量子位元，以執行更複雜的演算法。

＊具備足夠效率，能在實際物理資源（如能源與基礎設施）限制下執行有意義的演算法。

IBM最新發表的兩篇新技術論文，就詳細說明了如何達成上述標準，進而建構大規模容錯架構。

首篇論文揭示此類系統如何運用 qLDPC 編碼有效處理指令與執行運算，這項研究奠基於已刊登在《自然》期刊的突破性糾錯方法，首度提出量子低密度奇偶校驗碼（qLDPC）。相較於其他主流編碼，此技術能大幅減少糾錯所需的實體量子位元數量，並將必要支出降低9成。論文同時詳述可靠執行大規模量子程式所需的資源，以證明此架構相較其他方案的優越效能。

第二篇論文則闡述了如何從實體量子位元高效解碼，規劃出運用傳統運算資源即時識別與修正錯誤的路徑。
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預計於 2025 年推出的 IBM Quantum Loon（潛鳥），旨在測試 qLDPC 碼的架構組件，包括能在同一晶片內連接遠距量子位元的「C 耦合器」；IBM Quantum Kookaburra（笑翠鳥）預計於 2026 年問世，將成為 IBM 首款模組化處理器，專為儲存與處理編碼資訊而設計，該系統也將量子記憶體與邏輯運算功能相結合——這是實現跨晶片容錯系統擴展的基本建構單元；IBM預計於2027年推出的IBM Quantum Cockatoo（鳳頭鸚鵡）系統，將採用「L 型耦合器」技術實現兩組「笑翠鳥」模組的量子糾纏。此架構能像大型系統中的節點般連接量子晶片，避免建造不切實際的巨型晶片——這些技術進展將共同促成 2029 年「椋鳥」（Starling）系統的問世。