IBM科学家指出，当156量子位的R2 Heron量子处理器与Qiskit软件工具结合使用时，能够执行多达5000个双量子位门操作，这一数字达到了之前最佳记录的两倍，标志着该设备已为处理复杂的量子计算任务做好了准备。
经过一系列重大硬件和软件升级后，IBM宣布其最新的量子计算机现已强大到足以支持有价值的科学研究工作。
这款新系统由两个主要部分组成：一是名为R2 IBM Heron的新型156量子位量子处理单元（QPU），它是去年推出的第二代芯片；二是旨在优化量子计算性能的一系列软件工具及算法集合——Qiskit。
根据基准测试结果显示，相较于前代产品，这套新组合完成任务的速度提高了50倍。作为对比例子，在《自然》杂志上发表的一项2023年研究中显示，当时IBM最强大的量子计算机完成特定工作负载需要耗时122小时；而现在采用R2 Heron QPU的新系统仅需2.4小时即可达成目标。
IBM官方表示，基于全球范围内部署的数据中心网络，这款新型量子计算机将有能力解决材料科学、化学工程、生命健康以及高能物理等多个领域内的复杂问题。
IBM量子业务部门副总裁Jay Gambetta发表声明称：“通过不断进步的IBM量子硬件技术和Qiskit平台的发展，我们为用户提供了构建创新算法的可能性，使得先进的量子计算资源与传统超级计算机的优势得以有机结合。”
下一代量子处理能力R2 Heron QPU拥有156个量子比特，并采用独特的重六边形晶格布局——这也是所有IBM量子处理器的标准设计模式。这样的架构使得它能够稳定地运行包含高达5000个双量子位门操作的电路，几乎是2023年实用案例中使用的2880个双量子位门数量（由127量子位的Eagle QPU提供）的两倍以上。
双量子位门对于解锁量子计算机潜在的指数级加速能力至关重要。随着系统中量子位数目的增加，可同时进行的计算量也随之增长。虽然单量子位门允许单个量子态发生变化，但只有通过双量子位门才能实现更深层次的信息交互与纠缠状态创建，从而推动更加复杂的运算成为可能。
除了增强物理层的设计外，新的R2 Heron芯片还引入了“两级系统缓解”机制来减少环境噪声对敏感量子元件的影响，并且得益于Qiskit中改进后的纠错技术——张量误差网络缓解算法（TEM），进一步提升了整体稳定性和准确性。
进一步的软件优化包括推出最新版本运行时引擎、优化数据传输路径以及引入参数化编译流程等措施，使得整个系统能够在每秒内执行大约150,000次电路层操作(CLOPS)。相比之下，此前的基础配置仅能达到950 CLOPS，而今年早些时候引入初步优化后的传输方案后则提升至37,000 CLOPS。
以量子为中心的超级计算时代来临IBM认为，上述进展正朝着他们打造“以量子为中心”的混合型超级计算机的目标迈进——即将传统超级计算机与量子计算机相结合，以求更快获得实际应用所需的解决方案。
这种混合架构的优势在于可以灵活分配任务给最适合处理相应部分的计算资源，无论是利用经典CPU的强大数据处理能力还是借助量子比特的独特性质来解决特定类型难题。一旦各个子任务被成功解决，最终结果会被无缝整合起来形成完整答案。
例如，在日本理化研究所开展的一个项目中，研究人员正在尝试利用量子模拟器研究硫化铁材料的电子结构特性。此外，他们还计划将日本最快的超级计算机之一“Fugaku”与本地安装有Heron QPU的IBM System Two量子计算机相连，共同构建一个高效的量子-经典协同工作环境。