IBM 宣布，已成功将两个模块化低温单元连接，并在单一共享冷环境中冷却至 15 毫开尔文以下——这一温度比深空还要低 180 倍以上。该公司称，这是通向 2029 年交付全球首台容错量子计算机的关键工程里程碑。

这两个连接的模块总高宽均超八英尺。初步测试显示，它们在不到五天内共同冷却至 4 开尔文（液氦温度），随后达到最终工作温度。此举不仅是冷却测试，更是 IBM Quantum Starling 所需物理容器可实际建造的首个实证。

突破稀释制冷机的扩展瓶颈

超导量子计算机需在约 10 到 20 毫开尔文的极低温下运行，这依赖稀释制冷机。然而，随着量子比特数量增加，从室温延伸至混合室的控制线路会引入热量，导致单个制冷机的冷却能力和空间成为瓶颈。

波士顿 QuEra Computing 首席商务官 Yuval Boger 指出，每增加一个量子比特都会带入更多发热导线，因此冷却能力、布线密度和占地面积成为主要约束，这也是行业转向模块化链接方法的原因。

IBM 的新模块化设计同时解决了这三大约束。每个模块的真空外壳提供了比 IBM 现有量子系统多十二倍的布线空间，且门可打开以便维护。内部采用交替层叠的 Mylar" 超级绝缘体 " 作为热屏蔽，核心为稀释制冷机。IBM 院士 Jerry Chow 表示，这种设计允许协同优化内部体积、布线空间和冷却功率，以容纳未来更复杂的量子处理器。

L 型耦合器：跨越模块的量子桥梁

该架构的核心是 "L 型耦合器 " ——一根长约一米的铝超导电缆，用于连接跨模块边界的独立量子芯片，使它们能共享量子信息。IBM 院士 Oliver Dial 解释称，L 型耦合器让处理器相距更远，从而提供更多布线空间，并支持独立测试、调试和更换，赋予构建跨模块单一量子计算机的能力。

该技术此前已在 2024 年的 Flamingo 多芯片处理器上得到小规模验证。新的模块化系统为 Starling 架构所需的 L 型耦合器高密度运行提供了更大物理空间。此外，模块化设计允许单元在运输时解耦，并在客户现场重新组装，具备显著的物流优势。

据悉，该冷却系统使用了芬兰 Bluefors 公司的低温引擎，后者是全球稀释制冷机市场的领导者。

从物理量子比特到逻辑量子比特

此次连接的两个模块，是 IBM 预计 2029 年交付的 Starling 系统中约十二个单元的前两个。IBM 计划今年晚些时候将 120 量子比特的 Nighthawk 处理器装入新模块进行测试。届时，每个模块预计容纳约 2000 个物理量子比特，十二个模块总计约 24,000 个物理量子比特。

Starling 的目标是提供 200 个逻辑量子比特。为实现这一目标，IBM 采用了量子低密度奇偶校验（qLDPC）码，相比传统表面码，可将纠错开销减少高达 90%。这使得 24,000 个物理量子比特足以支持 200 个逻辑量子比特，而无需建造容纳十万级量子比特的单体巨型制冷机。qLDPC 码所需的长距离量子比特连接，正是由 L 型耦合器实现的。

尽管 IBM 已展示量子优势，但容错量子计算要求在硬件级别自动纠正错误，而非依赖事后统计缓解。独立分析师 Sam Lucero 认为，这是使未来量子计算机在经济上合理的必要基础设施步骤。QuSecure 高管 Garfield Jones 则指出，这种链接能力将在寒冷、无尘环境中稳定量子比特，提升计算能力。

后续路线图与挑战

目前的里程碑仅证明了低温容器的有效性。下一步计划在 2026 年下半年进行：将 Nighthawk 量子处理器安装到模块中，验证通过 L 型耦合器连接的跨模块芯片能否以足够保真度执行量子操作。IBM 承认，处理器间保真度仍是工程重点，长距离传输可能引入退相干和热噪声。

IBM 的路线图显示，2026 年将推出结合量子内存与逻辑处理的 Kookaburra；2027 年通过 Cockatoo 证明模块间可扩展性；最终于 2029 年在纽约州普基普西的新量子数据中心推出 Starling，目标为 200 个纠错逻辑量子比特，每次计算最多运行 1 亿次量子操作。此后，计划在 2030 年代初推出 Blue Jay 系统，目标约 2000 个逻辑量子比特。

IBM 研究总监 Jay Gambetta 表示，低温模块的成功连接标志着向容错量子计算机迈进了一大步。模块化设计还将加速工程迭代周期。业内人士 Roger Grimes 指出，随着冷却成本分摊到更多处理器，模块化架构有望降低每个量子比特和芯片的价格。

容器原型现已存在，但其中装载的组件能否按设计运行，将是 IBM 未来两年路线图需要回答的核心问题。

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