要點概覽：
IBM量子Nighthawk r2採用獨立高速量子比特重置技術，每秒可執行超過10萬個電路，電路吞吐量比IBM量子Heron提升最高25倍。
主動量子比特重置將初始化錯誤降低約25倍，同時保持Heron級別的門保真度和鄰位安全操作。
IBM量子Nighthawk r2集成120個可編程量子比特、218個耦合器和120個重置元件，共計458個物理量子元件。
電路中段重置與動態電路使Nighthawk r2成為量子糾錯和容錯量子計算研究的強大平台。
Nighthawk r2可在包含7500個以上量子門的電路上交付精確結果，這是IBM量子路線圖上2026年的重要里程碑。
從量子優勢的首次演示到低溫系統全新模組化架構的問世，量子計算領域今年已取得諸多重大進展。IBM量子Nighthawk r2現已登陸IBM量子平台，標誌著這一進程的持續推進。
Nighthawk r2是IBM迄今最快的量子處理器。憑藉120個可編程量子比特和突破性的高速量子比特重置架構，它每秒可執行超過10萬個電路，是當前IBM量子Heron系列電路吞吐量的25倍。此外，該處理器已在包含超過7500個量子門的電路上實現精確的可觀測量估計，提前達成IBM量子路線圖上的2026年重要里程碑。
正如近期一篇關於量子硬體指標的文章所討論的，IBM從規模、質量和速度三個基本維度評估量子硬體。Nighthawk r2在保持上一代r1規模的基礎上，實現了質量的針對性提升，但其最顯著的突破在於速度。下面將深入解析IBM研究人員如何實現這一飛躍。
通過獨立高速量子比特重置加速計算
IBM量子Nighthawk r2解決了量子計算領域長期存在的瓶頸：電路執行之間等待量子比特重置所耗費的時間。每個量子電路都從量子比特處於已知狀態開始，以量子比特測量結束。在兩次執行之間，量子比特必須回到基態，才能開始下一次運行。
在此前幾代IBM量子處理器（包括Heron）中，這一過程依賴動態電路驅動的條件重置技術：處理器測量量子比特的狀態，若發現其處於|1?態，則施加一個比特翻轉門（具體為π脈衝），將其翻回基態。然而，條件重置受測量保真度的限制，無法重置泄漏出計算狀態之外的量子比特。為確保完全重置，系統在電路執行之間必須空閒等待數百微秒。
Nighthawk r2以耗散重置組件取代了條件重置和空閒等待。每個可編程量子比特通過一個高動態範圍可調耦合器與冷環境相連，可按需將其拉回基態。激活該耦合器後，量子比特的有效T1（衡量量子比特保持能量時長的指標）從約200微秒的中位值驟降至約25納秒，從而實現顯著更快的高質量重置。
關鍵在於，這種主動量子比特重置不會干擾鄰近量子比特，同時將電路運行間隔的空閒時間縮短至最短僅1微秒。由此帶來的結果是系統在單位時間內可執行的有效計算量大幅提升。Nighthawk r2每秒可執行10萬個電路，比每秒約4000個電路的Heron快25倍。
在實際應用中，這種提升在研究界常見的大規模重複性工作負載中最為明顯。針對優勢候選電路的早期測試表明，在不損失精度的前提下，運行時間可縮短多達10倍。
要實現這一目標，需要比用戶直接編程更多的可控量子元件。Nighthawk r2的120個可編程量子比特由218個專用耦合器和120個獨立量子比特重置元件（每個可編程量子比特配備一個）提供支撐，物理量子元件總數達到458個。
從工程角度來看，這些額外的耦合器和重置元件與可編程量子比特幾乎無異，使Nighthawk r2成為IBM有史以來投入生產的最複雜量子處理器。
在提速的同時保障質量
當然，即便是最快的量子處理器，若速度的提升是以犧牲有效精確計算所需的保真度為代價，也毫無價值。
Nighthawk r2不僅保持了上一代的質量水準，還引入了一項關鍵改進：由於新型高速重置功能能夠主動將量子比特冷卻至基態，整個器件的初始化錯誤率降低了約25倍。原理很簡單——更乾淨的初始狀態意味著更精確的結果。
關鍵在於，Nighthawk r2在實現上述增益的同時，並未在其他方面有所犧牲。它在以更高速度運行時仍保持Heron級別的門保真度，且對單個量子比特進行重置時不會影響鄰近量子比特的性能。
鄰位安全量子比特重置對於Nighthawk的方形晶格架構至關重要。在該架構中，大多數量子比特與四個最近鄰量子比特相連——相比此前架構的兩到三個有所增加——從而在電路設計中實現更高的複雜度與效率。最終呈現的是一款不僅能執行更多量子計算、更能執行更多有效量子計算的處理器。
Nighthawk r2的量子優勢及早期成果
Nighthawk r2在速度和質量上的提升已催生出令人振奮的量子計算能力演示成果。
例如，在近期通過可信量子計算實現量子優勢的演示之後，研究人員藉助Nighthawk r2開展了最初由芝加哥大學與IBM合作開發的摻雜Clifford採樣優勢實驗。
這些實驗展示了量子碼如何已能在當今量子電腦上執行超越領先經典模擬方法的計算，同時提供計算已被正確執行的可信度。憑藉Nighthawk r2相對於Heron處理器更強的連通性，預計將在更廣泛的電路和問題類別中看到更多量子優勢演示。
此外，Nighthawk r2還展示了在包含7500個量子門的電路上利用概率誤差放大（PEA）方法進行精確可觀測量估計的能力。這是邁向可靠執行日益複雜量子電路的重要里程碑，也是IBM量子路線圖2026年的核心目標之一。
這些進展還進一步延伸至直接探索具體應用的實驗。在今年早些時候報道的中子散射模擬中，Nighthawk r2更高的吞吐量帶來了12倍的速度提升，可在約60秒內生成能與實驗室實測數據直接對比的譜圖。
這些結果共同表明，吞吐量和質量方面的進步正在轉化為實際的計算能力，推動量子優勢的演示、路線圖裡程碑的達成以及量子應用發現的加速。
專為量子糾錯而生
Nighthawk r2的新型重置功能不僅適用於電路之間，也可在電路執行過程中使用。這為動態電路帶來了巨大的效率提升。動態電路是一種高級能力，涉及在單次電路執行的運行時間內執行量子比特測量。
許多量子糾錯協議和高級量子經典混合工作流都需要動態電路，而對所有可編程量子比特實現可靠的獨立重置，使Nighthawk r2成為開展這些領域研究的強大平台。
新型重置功能支持在量子錯誤檢測和量子糾錯協議（如時空校驗）中重複使用輔助量子比特，為在工作負載中引入邏輯量子比特的實驗提供了額外的靈活性。
從某種意義上說，這正是Nighthawk在IBM量子路線圖中角色定位的體現。它最初作為探索和拓展量子優勢的平台而引入，如今已成為增強容錯操作的測試床。
立即運行電路
隨著量子硬體的日趨成熟，挑戰已不再僅僅是構建更大、更好的處理器，而是最大化研究人員利用現有系統所能實現的成果。憑藉120個可編程量子比特和獨立高速量子比特重置功能，Nighthawk r2致力於幫助研究人員突破這些局限。
更高的電路吞吐量意味著新款Nighthawk能夠在相同的資源分配內運行更多的工作負載。據估計，用戶使用Nighthawk r2可獲得大幅提升的可用計算容量，從而將更多時間用於探索量子資源所能實現的可能性，而非管理量子資源本身。
全新Nighthawk r2處理器現已在IBM量子平台上線。無論是擴展應用研究規模、探索動態電路的潛力，還是推進最新量子糾錯研究，這套新系統都將幫助您更快地完成更多量子計算任務。
歸根結底，量子電腦最重要的衡量標準不是量子比特或元件的數量，而是系統能夠提供的有效計算量。隨著行業向更複雜的工作負載和容錯計算演進，持續將硬體創新轉化為實際能力至關重要。歡迎前往IBM量子平台，探索IBM量子Nighthawk r2能為您的研究帶來哪些可能。
Q&A
Q1：IBM量子Nighthawk r2的電路執行速度為什麼能比Heron快25倍？
A：Nighthawk r2引入了獨立高速量子比特重置技術，用耗散重置組件替代了此前的條件重置方案。每個量子比特通過可調耦合器與冷環境相連，可按需快速回到基態，將有效T1從約200微秒壓縮至約25納秒，電路間空閒時間縮短至最短僅1微秒。這使系統每秒可執行超過10萬個電路，而Heron約為4000個，實現了25倍的吞吐量提升。
Q2：Nighthawk r2的速度提升會不會影響計算質量和精度？
A：不會。Nighthawk r2在提速的同時還改善了計算質量。主動重置將量子比特主動冷卻至基態，使初始化錯誤率降低約25倍，起始狀態更乾淨，結果更精確。同時，它保持了與Heron相當的門保真度，且對單個量子比特重置時不會影響鄰近量子比特的性能，整體質量不打折扣。
Q3：Nighthawk r2在量子糾錯方面有什麼新能力？
A：Nighthawk r2支持在電路執行過程中進行量子比特重置，而不僅限於兩次電路之間，這大幅提升了動態電路的效率。所有120個可編程量子比特均可獨立重置，支持在量子錯誤檢測和糾錯協議（如時空校驗）中重複使用輔助量子比特，為邏輯量子比特實驗提供了更大的靈活性，是容錯量子計算研究的重要平台。
