IBM科学家表示，当与Qiskit软件工具结合使用时，156量子位的R2 Heron量子处理器可以执行5000个双量子位门操作，是之前最好的两倍，这意味着它已经为复杂的量子计算做好了准备。

科学家们表示，在IBM对其量子系统进行了重大的硬件和软件改进之后，该公司最新的量子计算机现在已经足够强大，可以进行有用的科学研究。

新系统由两部分组成：一个名为R2 IBM Heron（去年推出的第二代芯片）的新型156量子位量子处理单元（QPU）；Qiskit是一套旨在优化量子计算性能的软件工具和算法。

根据基准测试数据，其结果是一个新系统，执行任务的速度比以前的系统快50倍。作为参考，在IBM发表在《自然》杂志上的2023年量子效用实验中，其当时最强大的量子计算机在基准测试中运行工作负载需要122小时。新系统配备了R2 Heron QPU，耗时仅为2.4小时。

IBM代表在一份声明中表示，基于IBM全球数据中心的新型量子计算机可以解决材料、化学、生命科学、高能物理等领域的科学问题。

IBM量子副总裁Jay Gambetta在声明中表示：“IBM量子硬件和Qiskit的进步使我们的用户能够构建新的算法，在这些算法中，先进的量子和经典的超级计算资源可以结合在一起，结合各自的优势。”

下一代量子处理

R2 Heron QPU配备了156个量子位，排列在重六边形晶格中 —— IBM所有量子处理器都使用这种拓扑结构。这使得该系统能够可靠地执行多达5000个双量子位门的量子电路 —— 这几乎是2023年实用实验中2880个双量子位门的两倍，它们由127量子位的Eagle QPU提供动力。

双量子位门对于释放量子计算机的指数级能力至关重要 —— 在量子计算机中，系统中安装的量子位越多，可以并行运行的计算就越多。单量子位门允许单个量子位旋转或翻转它们的状态，而双量子位门以成对的量子位运行，利用量子力学的定律，使它们之间能够纠缠。虽然单量子位门可以在基本层面上发挥作用，但利用双量子位门可以使量子计算机执行更复杂的计算。

新的R2 Heron芯片还具有“两级系统缓解”功能，有助于减少干扰对与周围材料相互作用的量子位的影响。该系统还受益于纠错软件的改进，即使用Qiskit的张量误差网络缓解算法（TEM）。

进一步的软件改进，包括最新一代运行时引擎的推出、优化数据移动和引入参数编译，意味着新系统可以以每秒150000次电路层操作（CLOPS）的速度运行。相比之下，2022年的基本性能仅为950 CLOPS，今年早些时候首次引入优化数据移动时为37000 CLOPS。

以量子为中心的超级计算

IBM的代表声称，最新的发展符合他们开发“以量子为中心”的超级计算机的愿景 —— 将量子和经典计算机结合起来，比只使用量子计算机更快地获得可行的结果。

这是因为混合系统可以并行处理工作负载，通过将任务的一部分分配给最适合它们的那一半系统来分解复杂的算法。一旦解决了这些问题，软件层就会无缝地将这些问题拼接在一起。

以量子为中心的超级计算的一个例子是在日本理化研究所，一个科学研究中心。2023年发表在arXiv预印本数据库上的一篇论文概述了一种名为“量子选择配置相互作用”的方法，科学家们正在使用量子硬件来模拟硫化铁的电子结构。

RIKEN的科学家们也开始了一个项目，通过将世界上最快的超级计算机之一“Fugaku”与由Heron QPU驱动的本地IBM System Two量子计算机集成在一起，建立一个量子高性能计算混合平台。

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