IBM推出模块化量子低温架构，但扩展难题依然存在

IBM于2026年8月19日宣布，已成功连接并冷却其新型低温架构的首个两个模块。该架构旨在支持多个量子处理器，标志着公司向2029年实现容错量子计算机的路线图又迈进一步。

然而，这一里程碑也清晰表明，量子扩展问题正在发生转变。构建更大规模系统不再仅仅是在芯片上集成更多量子比特，周围的基础设施——冷却、布线、控制电子、处理器间互连以及系统可靠性——必须同步扩展。

这两个模块位于纽约波基普西的IBM设施，可冷却至15毫开尔文以下。其盒状设计允许模块并排放置，形成共享低温环境，为布线和处理器互连提供远超早期系统的空间。据IBM称，每个模块的布线空间可达其最常用量子系统的12倍。

在周一的预发布新闻活动中，IBM强调该系统是可运行的低温硬件，而非概念设计。但量子处理器尚未跨两个模块运行。公司计划今年晚些时候在每个模块中安装一枚Nighthawk处理器，并演示它们之间的连接。

扩展低温箱规模

更大低温架构的需求反映了一个更广泛的问题：扩展量子计算机不仅需要为量子比特腾出空间，还需要为布线、连接器、屏蔽、控制硬件及其他基础设施预留空间。

SemiQon首席技术官兼联合创始人Janne Lehtinen在接受EE Times独家采访时指出，布线与控制是扩展量子硬件的最大障碍之一。目前系统大约需要每量子比特2.5根电缆，通常为同轴电缆，并配有衰减器、放大器、耦合器和连接器。“最终会有数百万个连接器，可靠性并不高。这种机械组装中可能出问题的环节太多了。”他认为，在数千或数万量子比特规模时，简单延伸现有架构将变得越来越不现实。

IBM的新系统显著增加了物理空间，并支持模块内与模块间更多的芯片连接。但更多空间并不能消除布线问题。

IBM量子系统副总裁Oliver Dial表示，公司认为当前规划可支持每个模块数千个量子比特。由于布线舱可在不重建整个低温系统的情况下更换，IBM希望该架构未来还能提升布线密度。

IBM 两套模块化低温系统的内部结构图，旨在以可扩展的方式支持容错量子计算（来源：IBM）

从长远看，仅为更多电缆腾出空间可能不够。Lehtinen认为，大型量子计算机需要将更多控制电子移入低温环境并靠近量子处理器。“你不可能在冰箱里塞进数百万根电缆。”

SemiQon正为硅自旋和超导量子比特开发低温电子。硅自旋量子比特可在稍高温度下工作，为工程师提供更多冷却余量，便于将控制电子集成到处理器附近。

IBM也在向同一方向推进。Dial表示，公司正积极研究cryo-CMOS，尤其是针对可调耦合器。

SemiQon 小芯片和主板（来源：SemiQon）

这表明更大的冰箱并非布线问题的最终答案，它为IBM扩展当前架构提供了空间，同时公司也在研发可最终减少室温布线需求的技术。

模块化带来互连问题

将量子计算机拆分到多个处理器上，又产生了新挑战：处理器必须紧密通信，才能像一台机器一样工作。

IBM计划通过L-coupler技术实现这一点，该技术通过铝超导电缆在处理器间传输微波光子。公司表示已实现跨L-coupler的两量子比特操作，保真度达99.3%，目标提升至99.9%。

IBM 的两套模块化低温系统并排摆放，舱门关闭。（来源：IBM）

Lehtinen（未获知IBM公告细节）表示，独立处理器间的链路最终需要接近处理器内部两量子比特门的性能。“99.9听起来非常合理”，具体要求取决于算法以及链路使用频率。

Dial指出，当前L-coupler保真度的主要限制是所连接量子比特的相干性。计划中的Nighthawk演示将测试处理器间保真度与状态传输，同时检验连接是否会降低单个处理器的性能。

量子网络公司memQ首席执行官Charles Foley表示，一旦处理器连接，互连就成了与经典网络不同的工程问题。“你面对的是一种随时间退化的不确定概率。”量子链路不仅受带宽限制，还受光子损耗、保真度、相干时间以及纠缠建立速率的约束。

对Foley而言，长期考验是量子互连能否从定制演示发展为具有明确规格（波长、编码、相干、损耗、纠缠速率等）的工程化子系统。

对IBM来说，这也是重要区别。使低温环境模块化解决了一个物理扩展问题，但同时对处理器间链路的可靠性提出了更高要求，使其真正像一台计算机那样工作。

可靠性成为下一考验

IBM自身也承认，扩展低温环境并不能消除其他工程挑战。在预发布活动中，公司将控制电子与系统可靠性列为通往容错计算的最大剩余障碍。

Dial事后表示，他尤其担心连接器和室温控制电子，因为两者都以每量子比特一个或多个通道的规模扩展。这与Lehtinen对电缆与连接器数量的担忧高度一致。

模块化也并不意味着维护更容易。Dial指出，更换新系统中的任何低温部件仍需整体升温与冷却。IBM正在研究运营冗余，包括可能的“故障就地”（fail-in-place）策略。

Foley强调，当量子计算机从定制研究系统演变为商业产品时，优先级将发生变化。“为了具备实用性、规模与商业可行性，它们必须可服务、可维护。”

IBM现已证明低温环境本身可以模块化。更难的问题是，模块内部与模块之间的一切——布线、控制、处理器、连接器以及量子链路——能否随之扩展。

参考来源

• IBM官方博客与新闻稿：https://www.ibm.com/quantum/blog/modular-cryogenics
• EE Times原文报道（Pat Brans，2026年8月19日）
• 相关行业分析与专家访谈

相约深圳，共话微纳光学制造新机遇

第七届中德（欧）合作创新·MEMS微纳光学制造论坛，将于9月9日在深圳会展中心（宝安）召开，与深圳光博会首日同期举行。本届论坛由 深圳市微纳制造产业促进会 、 深圳市汉希卡德智能传感应用技术研究院主办 ，微纳视界承办，将汇聚国内外微纳制造领域的企业代表、专家学者及产业嘉宾，围绕微纳技术产业链发展、前沿技术创新与产业协同合作，开展主题演讲及圆桌对话。

现面向行业开放 参会报名、嘉宾演讲、企业展示及品牌赞助合作 ，诚邀微纳制造产业链上下游企业与业内同仁齐聚深圳，共话技术趋势，共拓合作机遇。点击下方图片可下载本届大会赞助及合作方案（内附联系方式）