据IBM公司官网近日宣布，他们将两个量子模块化低温舱连接并冷却至同一超冷环境。这是IBM量子路线图上的一次关键工程验证，意味着未来数百个量子芯片有望通过模块化低温系统耦合成一台更强大的容错量子计算机。

这套低温架构的设计目标是打通模块化、共享式和超冷环境这三条路径，让数百个量子芯片得以互联，承担更大规模问题的求解。IBM表示，新系统的落成是其“IBM Quantum Starling”计划（以下简称“Starling”）实现路上的里程碑。该计划内容是于2029年交付一台大规模容错量子计算机，并集成纠错码、处理器设计、解码与系统工程等方面的进展。其有望成为世界上第一台容错量子计算机。

IBM用于低温系统的新型模块化架构。图片来源：IBM官网

此次首批投运的两个低温舱组合后，高度和宽度均超过8英尺。初步测试显示，整套系统可在不到5天内从室温联合冷却至4开尔文，也就是液氦温度；之后，最终温度进一步下探到15毫开尔文以下。这一温度比深空还要低180倍以上，为超导量子比特的稳定运行提供了所需的热环境。

每个舱体的真空外壳内部，布线空间相比IBM目前部署最广的量子系统提升至最多12倍，使得舱内以及舱与舱之间的芯片互连更加充裕。新设计采用方箱外形，多个模块可以紧密并排，利用扩大的空间将量子处理器通过IBM自研的L-耦合器直接相连。L-耦合器的作用是把不同量子芯片连接在一起，让它们共享信息、相互通信，并作为更大量子计算机的一部分协同工作。

按照IBM的量子路线图，到2027年，他们将借助L-耦合器把多个处理器联结成一台至少拥有1000个可编程量子比特的、更大的量子计算机，这些量子比特可直接用于执行计算。到“Starling”交付时，IBM计划每个低温舱容纳数千个量子比特。

IBM去年提出“Starling”的同时，发布了一款新的纠错码，大幅降低了实现容错所需的物理资源开销。此后，该公司在核心硬件组件演示和高效纠错解码等方面接连取得突破。如今低温量子模块的成果，又为加速通往容错量子计算解决了一项重大工程障碍。

IBM认为，可扩展的模块化低温系统将加快其创新节奏，而新设计允许每个部件独立测试、改进和快速迭代。

研究人员在用工程实证回答了一个悬而未决的问题：模块化低温扩展路线，在量子计算机道路上是否走得通？现在，答案几乎是肯定的，人们似乎可以用“搭积木”的方式，逐步扩展量子系统规模。这大幅降低了容错量子计算机的建造门槛。而一旦这样的量子计算机问世并实现1亿量子门操作，其运算能力预计将达到现有量子计算机的2万倍左右。科学领域里的诸多问题，如药物分子模拟、新材料设计，甚至金融组合优化、气候建模等，都有望迎来具有实际应用价值的飞跃。