IBM Nighthawk r2 量子处理器完成随机电路采样实验 19 秒产生 100 万样本对比超算需 110 年

根据外媒报道，美国 Blue Qubit 研究团队利用 IBM 最新的 Nighthawk r2 量子处理器完成了一项随机电路采样实验，仅用 19 秒生成 100 万个样本。研究团队估算，若采用经典计算方式在 Frontier 超级计算机上完成同等规模的任务，则需要约 110 年时间。此次实验使用的 IBM Nighthawk r2 超导量子处理器拥有 120 个可编程量子比特，团队实际选用了其中的 61 个量子比特，在标准 IBM 云端执行环境下运行实验，并未对此进行额外的专用校准或特殊调优。

实验采用的是“随机电路采样”（RCS），这并非针对药物研发、材料模拟等实际应用任务，而是一种用于比较量子计算与经典计算能力的基准测试。研究人员不断增加量子电路的复杂度，在最关键的 36 周期测试中，电路包含 918 个双量子比特门，Nighthawk r2 最终在 19 秒的 QPU 运行时间内完成了 100 万次采样，得到 100 万个由 0 和 1 组成的结果。

量子计算展示出显著的计算优势

研究团队随后使用“张量网络收缩”方法估算经典计算机完成同类任务所需的计算量。结果显示，在给定保真度和采样模型下，生成同等规模的 100 万组样本大约需要 1.2 × 10²⁷ 次机器运算，根据 Frontier 超级计算机的持续性能进行换算，预计需要约 110 年。

这一结果被研究团队称为“量子优势”的一次演示，其特别之处在于所使用的并非只能在实验室环境运行的专用设备，而是可以通过 IBM 云平台访问的商用量子处理器。研究人员还公开了相关电路、实验样本以及分析代码，使其他研究人员能够通过相同的 IBM 云端处理器复现实验。

然而，“19 秒对比 110 年”并不意味着量子计算机在所有任务上已经领先于传统超级计算机。19 秒是量子处理器实际执行核心采样任务的 QPU 时间，而 110 年则属于基于特定经典算法、计算假设以及 Frontier 性能得出的估算值，并不是 Frontier 实际运行同一任务所测得的时间。