IBM验证容错量子计算机Starling核心组件

IBM宣布已验证其量子计算机IBM Quantum Starling所需的核心软硬件组件。Starling是IBM计划于2029年交付的容错量子计算机，目标是在200个量子比特上运行包含1亿次量子操作的电路。

这一进展在IBM量子开发者大会期间公布。IBM表示，目前正在六个关键领域并行推进研发：器件物理、处理器、解码器、模块间互连、低温系统以及控制电子设备。

耦合器突破与芯片精简

IBM表示，用于连接同芯片上远距离量子比特的“c-coupler”耦合器技术已完成验证。测试谐振器的品质因数超过1000万，超越了Starling的预设目标；穿过额外c-coupler层造成的损耗极低，使布线层数由2层增至3层，未来计划扩展至4层或更多。

此外，IBM改进了其qLDPC纠错码方案。新方案将每个量子比特所需的连接数从6个缩减至5个，逻辑错误率降低了20到100倍。结合耦合器的改进，单颗处理器的约瑟夫森结数量从约5000个降至2000个。IBM预计，这使完全正常工作的处理器良率从大约十二分之一提升至三分之一。IBM现有的Loon测试芯片中位门错误率接近0.3%，而Starling的目标是进入0.01%左右的低区间。

解码与低温控制芯片

IBM指出，其扩展版Relay-BP解码器已满足Starling的运行要求。公司正在基于2纳米纳米片工艺开发实时解码ASIC芯片以运行该解码器。同时，部署在稀释制冷机内部运行的最新低温控制ASIC性能，已达到甚至超越室温电子控制设备的门保真度水平。

模块间互连与外部评估

在模块间互连方面，IBM通过4个长程“l-coupler”成功连接了两颗Nighthawk处理器，平均状态传输保真度达到99%，最高记录为99.3%。未来的Starling系统每个模块最终将需要超过100个l-coupler，且目标错误率控制在0.1%。

IBM还首次实现了两个新型箱式低温模块的互连。这些模块在5天内降至工作温度，并冷却至15毫开尔文以下。Starling系统未来最多将连接12个此类模块。

除内部进展外，DARPA已在10月将IBM纳入其量子基准计划（Quantum Benchmarking Initiative）的C阶段，由独立专家评估其构建容错量子计算机的技术可行性。IBM高管Oliver Dial表示，这些成果表明团队在通向Starling的研发路径上进展顺利，尽管距离该机型正式问世仍需数年时间。