IBM的量子计算机19秒完成超级计算机需一个世纪的任务
IBM Nighthawk r2 量子处理器仅用 19 秒生成一百万个样本，经典超级计算机估计需约 110 年。
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Physics2026年9月29日，作者 Michelle Starr
用于将 IBM 的超导量子处理器维持在极低温度下的稀释制冷机，其内部呈金色。(Graham Carlow for IBM/Flickr, CC BY ND-2.0)
有些计算太过硬核，非得靠一台算力惊人的设施才谈得上运行。这就是超级计算机——庞大的机房嗡嗡作响，GPU 和 CPU 撑起臃肿的躯体，啃着那些让台式机跑上几百上千年的应用。
一台商用可得的量子计算机刚刚完成了一项壮举，暗示这项更新的技术有朝一日可能把超级计算机远远甩在身后。
IBM 的 Nighthawk r2 处理器仅用 19 秒就生成了一百万个样本——同样的任务，估计超级计算机要跑约 110 年。
实验结果写在一篇目前挂在 arXiv 上的预印本里。
"据我们所知，"第一作者、美国 BlueQubit 的理论凝聚态物理学家 Tigran Sedrakyan 及同事写道，"这是首次在商用且广泛可得的量子处理器上，对普通随机线路采样展示量子优势，大多数非专业的量子计算机用户都能轻松复现。"
Nighthawk r2，IBM 当前的量子处理器。(IBM)
量子优势之争是超级计算机与量子计算机之间的军备竞赛，真正打响是在 2018 年。
基本命题是：必然存在某种量子计算，经典计算机执行起来难到令人却步——甚至根本不可能完成。
2018 年，UC Berkeley 的研究人员给出了强有力的理论证据，表明一个最有希望的候选任务能够胜任：随机线路采样，即 RCS。
量子电路是在量子比特上执行的一系列操作，大致相当于传统计算机中对比特执行的操作。
在 RCS 中，这些操作基本是随机选取的，从而生成一个越来越复杂的量子态。随后，处理器反复测量该量子态，产生一串串 1 和 0——即“样本”。
生成样本相当直接，但随着量子比特数和操作数增加，要在经典计算机上复现相同结果所需的概率分布计算就变得永无止境。
2019 年，Google 高调宣布其 53 量子比特的 Sycamore 处理器完成了一项 RCS 实验，超出了经典超级计算机的实际能力范围。
但没过多久，经典计算的研究者就开始寻找创造性的方法，推动传统计算机复现这些结果——而量子研究者也在利用最前沿的技术，把他们的系统推向越来越极端的规模。
这次的新结果则另当别论。
Sedrakyan 和同事没有使用专门的实验性量子处理器，而是在 Nighthawk r2 上运行实验。这是一台 120 量子比特的超导量子处理器，用户可通过 IBM 的云平台商业访问。
他们选取了其中的 61 个量子比特，让其经历复杂度递增的随机电路，最多到 40 个周期——即反复进行的操作轮次，在这些轮次中这 61 个量子比特被操控并纠缠。
更重要的是，他们使用的是该平台的标准云端工作流——没有为实验做任何专门的校准。
他们在 36 个周期处找到了“金发姑娘区”——此时电路包含 918 个双量子比特门。在这种条件下，Nighthawk r2 仅用 19 秒就生成了 100 万个样本。
出人意料的是，这只是简单的部分。
要评估这项任务对经典计算机而言有多困难，则要难得多。
超算几乎不可能完成这项任务，而全球顶尖超算又供不应求，所以科学家没法直接把程序丢上去跑一遍看结果。
好在有一个工具可以用——张量网络收缩。这种技术能在经典计算机上估算模拟量子电路的计算成本。
Sedrakyan 和同事用这个方法算出，要复现他们那一百万个采样，大约需要 1.2 × 10²⁷ 次计算操作。
Frontier 是全球首台百亿亿次（exascale）超算，直到 2024 年都是最快的，峰值性能超过每秒一百亿亿（1 × 10¹⁸）次操作。研究人员用更保守的持续性能估计来算，Nighthawk r2 这次的成果大约相当于 110 年的计算时间。
有几个重要的前提需要说明。110 年并不是经典计算机的速度上限，只是基于某一种复现量子实验的方法得出的估算。
而且历史已经证明，经典计算的研究者非常擅长找捷径。更高效的算法可能大幅削减所需的工作量。
Sedrakyan 和同事明确承认了这种可能。他们的主张不是经典计算机永远无法匹敌 Nighthawk r2 的表现，而是按这个基准衡量，量子处理器已经明显领先。
这是量子优势军备竞赛中又一次掷下手套——是挑战，但并非出于争强好胜，而是一场同行之间的较量，最终会推动双方找到更好的计算方法。
事实上，这次成果本身就展示了这场较量正在进行——量子优势不是在定制的实验室设备上实现的，而是在商业上可获得的硬件上实现的。
研究人员强调，实验是在“一台可通过云端访问的公开量子处理器”上完成的，用的是标准的云端执行栈，并且已经公开了电路、采样数据和分析代码，供其他人自行验证结果。
战书已经下了。谁来接？
这项发现尚未经过同行评审，但预印本已在 arXiv 上发布。
本文由 Rebecca Dyer 事实核查，Rebecca Dyer 编辑。我们对自己的流程引以为傲，但毕竟是人。如果你发现错误，请告诉我们。