日本发布全球最先进的量子-经典混合计算系统

2025年6月，IBM与日本国家级科研机构RIKEN（理化学研究所）联合发布了全球最先进的量子-经典混合计算系统。这套系统不仅首次在美国以外地区落地，还直接集成了IBM新一代量子计算系统（Quantum System Two）与全球最强超级计算机之一的“富岳”（Fugaku）。此举不仅是日本高性能计算领域的里程碑，也是全球“量子中心超级计算”战略落地的关键节点，标志着量子与经典算力的深度融合正式进入实用探索阶段。

系统亮点与技术创新

本次发布的IBM Quantum System Two搭载了156量子比特的Heron处理器，被称为迄今IBM性能最强的量子芯片。Heron在量子纠错与运算速度上均有重大突破，其两比特门错误率为3×10^-3（最佳可达1×10^-3），比上代127比特的Eagle芯片提升了十倍。而其运算速度（CLOPS指标，Circuit Layer Operations Per Second）达到了25万，也较上一代提升10倍。Heron因此成为目前世界上可运行超越经典仿真极限的量子处理器，为实际科学研究提供了坚实基础。

更具创新意义的是，这一量子计算系统首次与超级计算机“富岳”实现了底层指令级高速互联。这种深度融合不仅允许两种算力按需协作，还使得工程师能够开发低延迟的量子-经典混合算法、高效的并行化工作流以及面向前沿科学问题的优化软件栈。每类系统都可以处理自己最擅长的子任务，联合实现前所未有的计算能力。

混合算法推动科学前沿

RIKEN团队已率先将该系统应用于量子-经典混合算法的研究，首批聚焦于化学与材料科学等领域的复杂问题。与传统“量子优越性”实验不同，这一平台强调以混合架构推进近程可用的实际应用。例如，RIKEN与IBM团队最近通过“基于采样的量子对角化（SQD）”算法，对铁硫化合物电子结构进行了高精度建模。这类复杂材料传统上被认为只有容错型量子计算机才能模拟，但SQD结合富岳等强大经典计算资源，已经让近程量子机具备初步实用价值。这为今后大规模科学与工业场景下的量子算力落地，打下了重要基础。

“量子中心超级计算”引领新范式

此次发布的核心意义，不仅在于硬件性能，更在于其代表的新型计算范式。所谓“量子中心超级计算”（quantum-centric supercomputing），是指将量子计算与经典超级计算机深度集成，形成以任务分解、算法并行、通信协议和优化编译为特征的整体协同系统。这种新范式并非单纯追求“量子优越性”，而是主张在当下可用条件下，让量子算力与超级算力协同解决传统难题，加速新算法、新材料、新药物、新化学等领域的创新突破。

IBM与RIKEN的合作，是全球范围内“量子中心超级计算”最具代表性和成熟的落地案例。其背后得到了日本经济产业省（METI）及新一代能源与产业技术综合开发机构（NEDO）的大力支持，被纳入日本“后5G信息通信系统基础设施强化”国家级研发项目。未来，随着这一平台的扩展和成熟，科学界与产业界都将探索更多量子-经典混合工作流的应用机会，为前沿科技和经济社会发展提供新引擎。

影响与展望

日本此举对于全球科技与产业具有多重现实和战略影响。首先，它为化学、材料、药物等基础科研领域提供了新的研究范式，提升了解决“指数复杂度”问题的能力，助力发现全新分子、材料和机理。其次，量子-经典混合架构推动了算法与软件栈的变革。工程团队将围绕低延迟通信、任务分解与调度、容错与自适应优化等关键环节，开发适配未来“混合算力”时代的标准与平台。第三，这一合作模式具有显著的产业带动效应。依托于强大的国家级平台，相关产业上下游（包括量子硬件、量子软件、量子通信、超级计算基础设施等）都将迎来创新创业的窗口期。日本高性能算力的全球影响力也因此进一步提升。

此外，从全球科技竞争格局来看，IBM与RIKEN的成功合作，为世界范围内的高端算力集成、量子应用开发、国际产学研合作提供了范例。可以预见，世界其他科技强国也将加快布局类似的“量子中心超级计算”平台，推动全球算力与算法生态向更高水平跃升。 

参考文献：

[1]IBM and RIKEN Unveil First IBM Quantum System Two Outside of the U.S.[EB/OL].(2025-06-23).https://newsroom.ibm.com/2025-06-23-ibm-and-riken-unveil-first-ibm-quantum-system-two-outside-of-the-u-s.

[2]IBM Delivers Quantum System Two to RIKEN in Japan, Integrating with Fugaku Supercomputer[EB/OL].(2025-06-23).https://quantumcomputingreport.com/ibm-delivers-quantum-system-two-to-riken-in-japan-integrating-with-fugaku-supercomputer/.

[3]Neetika Walter.Japan unveils world’s most advanced quantum–classical hybrid computing system[EB/OL].(2025-06-24).https://interestingengineering.com/innovation/japan-ibm-quantum-fugaku-hybrid.