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IBM 揭示多处理器量子计算机的模块化冷却架构

IBM 宣布了一种新的超低温冷却单元架构,旨在将多个量子处理器连接到同一系统中,同时简化扩展和升级,并支持开发容错量子计算机。该公司表示,这一设计已通过在其位于纽约州波基普西的设施中运行两个相互连接的冷却单元进行了测试。

2026-08-19
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certi.news Editorial Team
IBM 揭示多处理器量子计算机的模块化冷却架构

IBM 宣布了一种用于其超导量子计算机的新型模块化冷却系统架构,旨在突破单芯片量子处理器扩展方面的限制。该设计采用可并排连接的独立冷却单元,使信息能够通过量子和传统连接在多个处理器之间传递,而不是将运算限制在单个处理器内部。

IBM 的超导量子计算机在低于外太空的温度下运行,因此需要稀释制冷机(dilution refrigerators)和专用热屏障,以使量子态在足以执行计算的时间内保持稳定。该公司认为,增加量子比特数量不仅需要更大的处理器,还需要一种能够容纳多个处理器并将其连接起来、同时保持热稳定性的冷却架构。

从圆柱形结构到可连接单元

目前的量子系统通常放置在采用真空隔热的圆柱形容器中。这一方案帮助 IBM 从 2016 年推出的首台可通过云端使用、包含五个量子比特的量子计算机,发展到其于 2023 年公布的 IBM Quantum Condor 处理器;后者拥有超过 1000 个量子比特。但在单个芯片上扩展会受到空间、热量产生以及量子比特之间不必要干扰等因素的限制。

相比之下,新型单元采用箱式结构,由铝制面板和框架制成。每个单元都包含完整的冷却环境,包括独立的真空腔、冷却设备和热屏障;专用开口则可将量子电缆连接至相邻单元。让单元彼此贴合,有助于缩短连接路径,相比圆柱形容器之间的长距离连接更为紧凑。

实际会发生哪些变化?

热防护层经过设计,可限制相邻单元之间的热相互作用。IBM 表示,随着新增单元,冷却时间和温度稳定性预计仍将保持相近,从而能够在不影响计算性能的情况下扩展系统。此外,还可以逐个单元升级系统,而不必在引入新的量子处理器或量子电子设备时重新设计整个冷却架构。

每个单元可用于布线的面积约为 0.53 平方米,真空腔容积达到 2.75 立方米;单元体积约为普通家用厨房冰箱的三倍。这一空间为更大的处理器和更高密度的配置提供了余地,同时还可在低温环境中容纳更多连接和电子设备。

迈向容错量子系统的一步

IBM 通过在其位于纽约州波基普西的设施中运行两个相互连接的冷却单元,对这一新架构进行了实际测试。该公司认为,这项测试初步验证了构建多芯片量子系统所需的方法;此类系统可以将任务分配给相互连接的处理器,也可以将它们作为功能更强的统一系统运行。

IBM 将这一架构纳入其通往 IBM Quantum Starling 的发展路线,并将后者描述为首台容错量子计算机,预计于 2029 年推出。该公司还预计,未来版本的单个单元将支持至少 2000 个量子比特。这些系统将使研究人员能够测试 IBM 模块化量子架构中的组件,包括 l-couplers 连接器;该连接器于 2024 年首次展示,用于在最远达一米的距离内连接量子处理单元。

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IBM Quantum Blog
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certi.news Editorial Team

你需要知道的

IBM公布了一种模块化超低温冷却单元架构,这些冷却单元可以连接起来,在一个系统中运行多个量子处理器。该公司已在其位于波基普西的设施中测试了两个相连的单元,并将这一设计纳入其迈向容错量子计算机的路线图。

  • 该架构采用可连接的独立冷却单元,而不是将运算限制在单个量子处理器内。
  • 每个单元都包括真空腔体、冷却设备和热屏障,并设有用于将电缆引入相邻单元的开口。
  • IBM表示,该设计可以在保持相近冷却时间和热稳定性的同时,逐步添加冷却单元并升级系统。
  • IBM在其位于纽约州波基普西的设施中测试了两个相连冷却单元的运行。
  • IBM预计,未来版本的单个冷却单元将支持至少2000个量子比特。
  • 该公司将这一架构与IBM Quantum Starling的开发路线联系起来,并预计后者将在2029年成为一台容错量子计算机。

常见问题

IBM希望通过这一架构解决什么问题?

旨在克服单芯片量子处理器扩展方面的限制,例如空间有限、发热以及量子比特之间不必要的干扰。

这些新单元如何连接?

这些单元并排放置,并通过量子和传统连接在处理器之间传递信息,同时利用专用开口穿过电缆。

IBM在哪里测试了这一设计?

IBM在其位于纽约州波基普西的设施中,通过运行两个相连的冷却单元进行了测试。

这一设计与IBM Quantum Starling有什么关系?

IBM将这一架构纳入其通往IBM Quantum Starling的路线图,并将其描述为首台容错量子计算机,预计于2029年推出。

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