近日，美国量子软件公司 BlueQubit 的研究团队利用 IBM 拥有 120 个可编程量子比特的 Nighthawk r2 量子处理器，在随机电路采样基准测试中仅用 19 秒生成 100 万个样本。研究团队估算，若用美国 Frontier 超级计算机完成同等任务，需约 110 年。相关研究论文已经已经发表在 arXiv 平台。

资料显示，Nighthawk r2 是 IBM 迄今速度最快的量子处理器，核心创新在于高速量子比特重置架构。该处理器可执行每秒超过 10 万个电路，是 IBM Heron 处理器（约每秒 4,000 个电路）的 25 倍。它拥有 120 个可编程量子比特、218 个耦合器和 120 个重置元件，总计 458 个物理量子元件。

由 BlueQubit 的理论物理学家 Tigran Sedrakyan 领衔的研究团队，从 Nighthawk r2 的 120 个量子比特中选用了 61 个，运行深度最高达 40 个 cycle 的随机电路。在最关键的 36 cycle 配置下，电路包含 61 个量子比特和 918 个 CZ 门（双量子比特门）。Nighthawk r2 在该配置下，于 19 秒的 QPU 运行时间内生成了 100 万个样本。

为估算经典计算机完成同等任务所需时间，研究团队采用了张量网络收缩方法。他们估算，在给定保真度模型下，生成 100 万个具有相应保真度的样本需要约 1.2 × 10²⁷ 次机器运算。

将该计算量换算为 Frontier 超级计算机的持续性能（假设达到理论峰值性能的 20%），估算时间约为 108 年，四舍五入为 约 110 年。

研究团队在论文中声明，这是首次在商用且广泛可访问的量子处理器上，通过标准随机电路采样展示量子优势，且大多数非专业量子用户可较容易复现。

不过，需要指出的是，19 秒 vs 110 年 的比较仅针对随机电路采样这一特定基准测试，不代表量子计算机在所有任务上都快于经典计算机。110 年是基于特定模拟方法和假设的估算值，并非 Frontier 实际运行测出的时间。若经典算法改进，差距可能显著缩小。

这并非首次通过随机电路采样宣称量子优势。2019 年，Google 宣布其 53 量子比特的 Sycamore 处理器在 200 秒内完成一项任务，当时估算经典超算需 1 万年。但后续研究者开发出更高效的经典算法，大幅缩小了差距。

与 Google 当时使用专用设备不同，Nighthawk r2 通过标准 IBM 云服务即可访问，实验也未进行针对该基准的专用校准。