BlueQubit 宣称在 IBM 云端 Nighthawk r2 芯片上实现随机电路采样优势

BlueQubit 的研究人员与隶属于 EPFL 和 XPRIZE Foundation 的合作者一起，报告了在一台任何拥有云访问权限的人都能使用的商用 IBM 处理器上，于随机电路采样任务中实现了量子计算优势。根据他们的预印本，在基于第二代 Nighthawk r2 架构的 120 量子比特 IBM ibm_phoenix 芯片上进行的 61 量子比特实验，在 19 秒内生成了一组样本，而在 Frontier 超级计算机上复现这些样本估计需要 110 年。

发布内容

论文 Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers 发布在 arXiv 上，Quantum Computing Report 于 10 月 28 日进行了报道。作者强调，电路通过标准的 Qiskit 云端工作流编译和运行，没有针对基准做任何专门校准。他们写道，据他们所知，这是首次在商用、广泛可用、多数非专业用户都能重复的处理器上完成此类演示。电路、脚本以及完整的一百万个样本已在 GitHub 上公开。

技术细节

随机电路采样会运行多层随机门并读出比特串，难点在于经典计算机能否生成质量相当的样本。团队根据最新校准数据，在方形晶格芯片上选取了 61 个量子比特和 102 个耦合器，并以四色砖墙模式施加原生 CZ 门。

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保真度通过两种独立方法估计：镜像基准测试和分块交叉熵基准测试（XEB），两者在所有深度上一致。在包含 918 个 CZ 门的 36 周期参考深度上，估计保真度约为 2.3 × 10⁻³。在这一深度，此规模系统的张量网络模拟成本不再随深度增长。根据作者的成本模型，用经典方式生成一百万个比特串约需 1.2 × 10²⁷ 次机器运算，大致相当于 Frontier 上的 110 年。整个实验使用了约 11 分钟的处理器时间。

论文还衡量了 IBM 芯片代际之间的进步：每周期保真度从第一代 Nighthawk r1 设备（ibm_miami）的 0.836 提高到 r2 的 0.872，在深电路上相当于超过一个数量级的差距。作者测试了通过把电路切分成若干部分来伪造 XEB 分数的“切断”攻击，发现在 36 个周期时没有一种能达到实验分数，最强的一种也差了约十倍。

为何重要

由于实验通过普通云访问完成，且电路、数据和代码均公开，其他用户可以尝试复现，而不必只是相信这一说法。这项工作还为 IBM 超导硬件在两代芯片之间的改进提供了一个具体衡量。

后续关注

作者谨慎地说明了其主张的局限。他们的经典估计假设内存无限且采用单振幅收缩，并指出近似方法、多振幅方法、切片以及矩阵乘积态都可能降低经典成本，此前的优势实验就曾出现过这种情况。这项工作是预印本，接下来的检验将是同行评审，以及经典模拟团队缩小差距的尝试。