2026年5月6日——全球量子基础设施软件领导者Q-CTRL宣布，其借助IBM量子平台，在具有商业关联性的问题上实现了3000倍加速。Q-CTRL在材料科学领域一个已知且实用的问题上，首次取得了超越性能优化的行业标准经典软件的实用量子优势证据。

在超出精确计算能力范围的规模上，Q-CTRL利用其性能管理软件在IBM量子平台上的原生集成，成功运行了量子算法，并返回了符合行业标准预期的精度结果。该量子算法仅需两分钟即可运行，而相同问题使用最佳经典工具在经典硬件上执行则需要超过100小时。

由于全球约三分之一的超级计算机时间目前用于化学和材料模拟，新的计算能力对于能源未来关键应用而言可能带来变革性影响。然而，这些应用仍受制于巨大的计算瓶颈。

量子计算机通常遵循与所模拟问题相同的量子物理原理，这使其成为量子加速的理想候选。

Q-CTRL团队将其专注于材料中电子如何产生用于能量传输、存储和生成特性的量子计算，与材料科学领域最先进、行业标准的软件包的最佳实现进行了比较。

两种方法在某种程度上达成了一致。为提高一致性，该团队不得不提高经典模拟的分辨率，但这导致执行时间大幅增加：经典模拟时间比IBM量子计算机所需时间长了超过3000倍。

尽管前景广阔，但量子计算机可能受到噪声和误差的限制，这会降低性能并阻止用户在相关问题中获得有用结果。Q-CTRL的性能管理基础设施软件解决了这一问题，并扩展了当今最先进机器的能力。

用于这些演示的特定基础设施软件配置将很快作为新的Qiskit函数在IBM量子平台上公开访问，因此任何人都可以基于这些结果，将量子计算直接融入其化学和材料研发中。

这一成果距离Q-CTRL在导航领域展示商业量子优势仅过了一年。当时，该团队开发了无GPS量子导航系统，性能优于最佳同类经典替代方案100倍。这些里程碑凸显了Q-CTRL专注于量子控制基础设施软件作为量子硬件赋能者的策略，已被证明是推动整个量子产业进步的关键。

编者注

实用量子优势指的是量子计算机在已知具有商业或科学关联性的实际应用中，超越最佳可用传统替代方案的阶段。

总结来说，Q-CTRL团队证明了，由其在IBM量子平台上运行的基础设施软件增强的IBM量子计算机能够：

• 在具有意义且具有挑战性的规模上，执行已知价值的问题。
• 在墙上时钟时间上，比在可用硬件上运行的最先进行业标准替代方案快超过3000倍。
• 在实用相关的时间范围内完成任务，同时提供达到或超过现有工具和用户期望的解决方案精度。

所研究的计算问题是费米子模拟，这对材料科学和物理学领域的行业从业者具有已知价值，并且已知在经典计算机上扩展性差，使其成为随着量子计算机能力成熟而实现长期可持续优势的主要候选。形式上，该问题属于一个称为BQP的已知复杂度类，量子计算机可以有效解决。

所使用的量子算法需要120个量子比特和超过10,000个双量子比特量子逻辑操作，并通过Q-CTRL的性能管理软件增强，使得这一演示目前仅对使用IBM公共量子计算机的最终用户可行。

在其基准测试中，Q-CTRL研究团队将量子计算机输出与多种经典计算工具进行了比较。用于经典模拟的关键软件包是一个高效的张量网络计算包，名为时间依赖变分原理（TDVP），来自Flatiron Institute。自2015年发布以来，该工具已支持量子材料领域的超过1250篇技术出版物。

Q-CTRL承认未来可能存在超越该工具的专业经典算法，并且TDVP的GPU加速可能有重大改进以加快经典计算；尽管有显著的研究和行业需求，此类解决方案至今仍未出现。

因此，Q-CTRL声称的实用量子优势是相对于当前可能的情况，而非与未知的理论可能性进行比较。