2026年2月18日——日本理化学研究所（RIKEN）与IBM在量子中心超级计算（QCSC）领域取得新突破。该联合研究团队使用全球领先的百亿亿次预研超级计算机“富岳”全部算力，结合理研本地部署的IBM Quantum Heron处理器，成功计算出一对复杂铁硫分子的电子结构。这项创纪录的化学实验成为迄今在量子计算机上完成的最大规模、最高精度计算成果，IBM研究院主任杰·甘贝塔已于2026年1月29日在亚洲超算大会上公布该成果。

这项发表于2025年10月arXiv预印本论文的工作，首次展示了量子计算与高性能计算在此规模下的深度协同。研究人员开发出新型闭环工作流，使超级计算机与量子计算机能实时交互处理数据。这既是QCSC发展的重要里程碑，也标志着在极短执行时间内同时高效利用量子计算机与“富岳”超强算力的技术突破。

“这是混合计算领域令人振奋的进展，”理研计算科学中心量子-HPC混合平台部门主任佐藤光久表示。

超级计算机与量子计算机共同运行了基于样本量子对角化（SQD）算法的工作流。IBM研究院最新博客预测，CPU、GPU和QPU等异构计算资源将日益紧密协作，推动SQD这类量子-经典混合算法的实现与加速。

由158,976个芯片（每个含48核）构成的“富岳”曾于2020-2021年蝉联全球超算榜首。QCSC需要构建能整合此规模经典硬件的量子计算架构及协同工作流。理研-IBM团队另一篇arXiv论文展示了引入GPU如何显著加速此类计算。量子计算与高性能计算社区正携手推进技术融合，以早日实现量子优势。

传统模式通常让经典与量子计算资源顺序工作：量子处理器（QPU）完成部分计算后，将结果移交经典计算机处理并回传。而“富岳”与理研本地Heron处理器的协同运作，更贴近高性能计算环境中量子技术的实际应用场景。

工作流协同创造优势

在单一工作流中协调经典与量子计算资源是项复杂挑战，尤其当两者存在高度依赖关系时。在Heron与“富岳”级超算上实施SQD算法，绝非简单输入算法等待计算完成。QCSC需要明确定义的工作流与精密的资源协同机制。该团队成功实现了该规模下的闭环运作。

IBM量子日本负责人、QCSC高级经理堀井宏强调：“效率至关重要，因为量子与经典计算资源都极其珍贵。”若工作流存在效率漏洞，导致任一资源闲置，就会浪费其他研究者本可用于重要计算的宝贵机时。“富岳”作为十亿美元级设施，每一秒运行时间都价值连城，绝不能浪费在等待量子计算步骤完成上。

为此研究人员开发了新型任务分配系统。在“富岳”与Heron的闭环迭代计算中，该系统通过动态任务分配确保双机持续满载工作，大幅缩短解题耗时。虽然该工作流专为“富岳”设计，但团队发现其同样适用于多种云HPC环境，证明量子计算机能与经典HPC基础设施高效交互。这为大规模量子-经典协同计算提供了重要范式。

基于强力量子中心算法的铁硫分子模拟

通过“富岳”与Heron的协同，该团队精确计算了一对铁硫分子的电子结构。电子结构计算旨在解析电子分布及行为规律，这对理解分子间相互作用及化学反应机制至关重要。

为充分释放QCSC潜力，学界正在开发新型算法体系。这类算法将问题分解为适合量子资源处理的核心部分与经典资源优化的辅助部分。量子计算机如同开锁工具中的撬针，破解问题最复杂的核心环节；经典计算机则负责转动把手，最终开启解决方案之门。

SQD作为QCSC新算法代表，攻克了电子结构计算的根本性挑战：分子电子的可能排布空间极其庞大，且随分子复杂度呈指数增长。SQD中量子计算机对该空间进行智能采样，指引经典计算机聚焦关键区域，从而高效逼近解决方案。

展望量子中心超级计算未来

当“富岳”全系统与Heron形成闭环时，计算精度显著超越此前所有量子计算尝试，甚至可与最先进的经典近似方法媲美。这项成果已超越经典精确方法的极限。

理研高级科学家白川知典透露，下一步将整合GPU作为量子-经典工作流加速器。随着规模扩展，量子优势已曙光初现。当被问及“理研今年能否见证这一时刻”时，他充满信心地回应：“仍需持续努力，但我非常乐观。”