IBM 推出 Quantum Nighthawk 夜鷹量子處理器，並加速生產 12 吋量子晶圓

藍色巨人 IBM 在日前的「年度量子開發者大會」上公布對於在 2026 年底前達成量子優勢、以及在 2029 年推出容錯型量子電腦等創新的重要進展。IBM 研究院院長暨 IBM 院士 Jay Gambetta 表示，要讓量子技術真正為世人所用，需要眾多努力齊頭並進。IBM 是唯一能夠快速創新、同時發展量子軟體、硬體、生產製造及糾錯技術，實現量子實際應用的公司。

IBM 宣布推出迄今最先進的量子處理器 IBM Quantum Nighthawk (代號：夜鷹)，以搭配高效能量子軟體，將於 2026 年達成量子優勢，預計 IBM Quantum Nighthawk 將於 2025 年底問世。IBM Quantum Nighthawk 具備 120 個量子位元，以 218 個新一代可調耦合器連接四個最近的量子位元，形成正方形晶格。耦合器數量比之前的 IBM Quantum Heron 增加 20% 以上。而量子位元連接性增加，讓使用者在保持低錯誤率之餘，可執行複雜度增加 30% 的電路。

IBM 表示，此架構支持多達 5,000 個雙量子位元閘( two-qubit gates)，它是量子運算裡關鍵的糾纏運行，適用於對於運算力需求高的議題。預計下一個版本的 Nighthawk 在 2026 年底可支援 7,500 個雙量子位元閘，2027 年達 10,000 個。以 Nighthawk 為基礎的系統預計在 2028 年可支持 15,000 個雙量子位元閘，藉由 2024 年首次在實驗型量子晶片上首次展示的長距離耦合器，連接 1,000 或更多的量子位元。

IBM 還預期，第一批經過社群驗證的量子優勢案例將於 2026 年底公布。為了促進嚴謹驗證並推動最佳量子與傳統運算方法，IBM 與 Algorithmiq、Flatiron Institute 及 BlueQubit 正在將最新創新成果貢獻給一個由開放社群主導的量子優勢機制，供全球有系統地檢視與驗證。上述量子優勢的追蹤機制目前支持三個實驗計畫，目的是研究量子優勢在可觀測估計、變分問題、和具有高效經典驗證的問題方面的應用。IBM 鼓勵全球量子社群將創新成果貢獻給這個機制，雙向交流以找出最佳方法取得量子優勢。

而為了在全新的量子硬體上取得經過驗證的量子優勢，開發人員需要能夠高度控制電路，並使用高性能運算 (HPC) 以減少運算中出現錯誤的軟體。而 IBM Qiskit 是全球效能最高，由 IBM 開發的量子軟體堆棧。透過強化動態電路功能，Qiskit 提供開發人員前所未有的控制能力:在超過 100 個量子位元的規模下，準確度提高了 24%。Qiskit 並增加了新的運行模型，能夠實現細粒度控制和 C-API，提升由 HPC 驅動的錯誤消除功能，將取得準確結果的成本降低 100 倍以上。

▲ IBM 公布2025 最新量子研發與創新路徑圖；量子處理器 Nighthawk 將於 2025 年底問世；實驗型量子處理器 Loon 展示了容錯型量子電腦所需的基礎元件。

IBM 指出，隨著量子電腦日趨成熟，全球量子社群的研究方向正在拓展到高效能運算和科學領域。IBM 為 Qiskit 提供一個由 C-API 支援的 C++ 接口，使用者可以在現有的高效能運算環境中，進行量子運算的原生編程。IBM 繼續在先進的電路運作能力領域保持領先，包括動態電路和增加對電路運作的控制以減少錯誤。IBM 計畫在 2027 年透過機器學習與優化等領域的運算庫來擴展 Qiskit，更有效地研究與解決微分方程式和哈密頓模擬等基礎物理和化學難題。

此外，IBM 目標在 2029 年推出世界上第一台大規模的容錯量子電腦。因此，IBM 同時推出 IBM Quantum Loon (代號：潛鳥) 實驗型處理器，首次展示 IBM 已經具備發展容錯量子運算所需的一切關鍵處理器元件。在 IBM Loon 中將驗證一項新的架構，以開發和擴展實用級、高效能量子糾錯所需要的元件。IBM 展示了預備納入 Loon 的創新能力，包括引入多個高品質、低損耗的路由層，為更長距離的片上連接 (或「c 耦合器」) 提供路徑，超越最近鄰耦合器，將同一晶片上的遠距離量子位元以物理型態連接起來，以及在運算之間重置量子位元的技術。

IBM 亦提升了研發容錯型量子運算的另一項關鍵能力，即使用傳統運算硬體，以 qLDPC 碼準確地實時 (少於 480 奈秒) 解碼錯誤。這項工程成就比原計劃提前一年完成。搭配 Loon，這展示了在高速、高保真度的超導量子位元上擴展 qLDPC 程式碼所需要的基礎;這些超導量子位元正是 IBM 量子電腦的核心。

除了不斷提升其量子電腦的能力，IBM 也宣布其位於紐約州阿爾巴尼奈米科技園區、生產 12 吋晶圓的工廠，將成為製造其量子晶圓的主力。園區內先進的半導體製造系統與全天候運作機制，已經加速 IBM 學習、改善與延伸其量子處理器功能，使 IBM 不斷提升其量子位元的連接能力、精密度與效能。時至今日，IBM 已經能夠提升研發速度一倍;推出每個新處理器的時程減半，提升量子晶片的物理複雜度達十倍，同時探索與進行多重研發項目。

(首圖來源：IBM)