IBM宣称“量子优势时代”正式到来：三项已验证的演示全面超越经典计算机

什么是“量子优势”？

“量子优势”指的是量子计算机能以比任何已知经典方法更准确、更廉价或更高效的方式完成任务。IBM在预印本论文（arXiv:2506.20658）中明确给出了两个必要条件：第一，量子输出的正确性必须经过严格验证；第二，量子计算必须表现出比经典方法更优的效率、成本效益或准确度。这3篇论文正是为同时满足这两个条件而设计的。

三项演示详情

1. IBM与Algorithmiq：模拟经典计算机无法企及的量子材料

该论文利用IBM Quantum Heron处理器，模拟了Algorithmiq设计的一种异质量子材料。该模型能够捕捉可调谐量子物质中信息流动、局域化和干涉等特性，这类问题对设计催化剂和电池电解质具有重要价值。

核心结果： 该问题及结果首次在量子优势追踪器上发布8个月后，没有任何经典方法能在整个问题区间内可靠地给出结果。

如何验证结果： 经典模拟方法之间给出的预测相互矛盾——它们无法就正确答案达成一致。研究团队开发了一套“可信量子计算”框架，通过故意注入受控噪声、修改门校准参数、并在多个IBM处理器上重复执行计算来验证结果。量子结果在不同噪声条件下保持稳定，证明它正确计算出了真实的物理值。

开放邀请： Algorithmiq还将其用于模拟分子基态的最佳经典方法 monoprop 开源，任何研究团队均可使用它来检验未来量子优势声明的可信度。

2. IBM与芝加哥大学：70个逻辑量子比特的纠错演示

该论文利用一种全新的编码（纠错）量子电路构造方式，完成了迄今报道的最大规模逻辑量子计算演示之一：70个逻辑量子比特，执行了2415次逻辑双量子比特操作和468个逻辑T门。逻辑错误率比底层物理错误率低了一个数量级，证实了纠错技术在有效工作。

核心结果： 量子计算仅耗时约15分钟，而完成同等任务所需的经典模拟方法则面临极其漫长的运行时间。

如何验证结果： 团队开发了一种随机电路取样（RCS）的结构化替代方案，保留了相同的难度标准，但在计算过程中就能实现错误检测，从而提供了输出保真度的统计置信度。

开放邀请： 论文中的电路和结果已公开在量子优势追踪器上，供社区测试。

3. IBM与Qedma：74个量子比特上的多体物理学，在离子阱系统上交叉验证

该论文利用Qedma的QESEM纠错软件，在IBM Quantum Heron处理器上研究了最多74个量子比特的二维Floquet Ising模型（一种受驱动的磁性系统），解析出了经典方法无法一致复现的复杂、长寿命量子振荡。

核心结果： 在日本超级计算机Fugaku（通过RIKEN使用）以及BlueQubit方法上运行的经典模拟，均无法在量子实验达到的规模上产生一致的结果，而经过纠错的量子结果则始终一致。

如何验证结果： 采用了三层验证策略：(1) 在经典方法仍然可靠的较小规模上，将无偏纠错程序与经典计算结果进行比对；(2) 将可扩展的纠错方法推广到更大规模；(3) 在Quantinuum的离子阱系统上进行独立的跨平台验证，证实观测到的物理现象并非IBM硬件所特有。

开放邀请： 量子电路和结果已在arXiv预印本发布前，公开在量子优势追踪器上。

贯穿三篇论文的共同主题

量子优势追踪器

三个团队均将各自的问题和结果发布在IBM开源的 量子优势追踪器 上——这是全球首个将量子方法与经典方法进行实时系统性比较的社区平台。任何研究团队都可以尝试用更好的经典算法来反驳量子声明，追踪器将公开显示对比结果。

信任验证问题

对早期量子霸权声明（如谷歌2019年的Sycamore实验）的持续批评之一是，量子输出无法独立验证。IBM在这三篇论文中的核心贡献在于，开发了一套即使经典验证不可行时也能建立对量子结果信任的方法论：噪声操控稳定性检查、具有检错能力的电路构造，以及不同硬件平台间的交叉验证。

未来路线图

IBM研究总监Jay Gambetta表示：“量子计算机已经达到了可以展示实现优势基本标准的水平：它们能超越领先的经典方法，并且能同时产生我们能够信任的结果”。2026年6月，IBM承诺投入超过 100亿美元 用于其量子路线图，目标是在2029年前交付一台容错量子计算机（IBM Quantum Starling）。