IBM Quantum Nighthawk r2: meer circuits, sneller

Datum: 31 augustus 2026 Auteurs: Holger Haas, David McKay, Robert Davis

Belangrijkste punten:

• IBM Quantum Nighthawk r2 maakt gebruik van onafhankelijke, snelle qubit-reset om meer dan 100.000 circuits per seconde uit te voeren—tot 25x een hogere circuit-doorvoer dan IBM Quantum Heron.
• Actieve qubit-reset verlaagt de initialisatiefout met ongeveer 25x, terwijl de gate-getrouwheid (fidelity) van de Heron-klasse en een veilige werking voor naburige qubits behouden blijven.
• IBM Quantum Nighthawk r2 combineert 120 programmeerbare qubits, 218 couplers en 120 reset-elementen voor een totaal van 458 fysieke quantumelementen.
• Mid-circuit reset en dynamische circuits maken van Nighthawk r2 een krachtig platform voor onderzoek naar quantumfoutcorrectie en fouttolerante quantumcomputing.
• Nighthawk r2 levert nauwkeurige resultaten op circuits die meer dan 7.500 gates bevatten, een belangrijke mijlpaal voor 2026 op de IBM Quantum Roadmap.

---

Van de eerste demonstraties van quantumvoordeel tot een nieuwe modulaire architectuur voor cryogene systemen; dit jaar zijn er veel belangrijke vorderingen gemaakt in quantumcomputing. Met IBM Quantum Nighthawk r2, nu beschikbaar op het IBM Quantum Platform, wordt die voortgang voortgezet.

Nighthawk r2 is IBM's tot nu toe snelste quantumprocessor. Met 120 programmeerbare qubits en een baanbrekende architectuur voor snelle qubit-reset is hij in staat om meer dan 100.000 circuits per seconde uit te voeren—25x de circuit-doorvoer van de huidige IBM Quantum Heron-vloot. Daarnaast heeft de processor al nauwkeurige schattingen van observables aangetoond op circuits met meer dan 7.500 gates, waarmee een belangrijke mijlpaal voor 2026 op de IBM Quantum Roadmap is behaald.

Zoals besproken in een recent bericht over quantumhardware-metrieken, evalueert IBM quantumhardware op basis van drie fundamentele dimensies: schaal, kwaliteit en snelheid. Nighthawk r2 behoudt de schaal van zijn voorganger (r1) en levert gerichte verbeteringen in kwaliteit, maar de meest significante vooruitgang zit in de snelheid. Hieronder volgt een nadere blik op hoe IBM-onderzoekers deze verbetering hebben gerealiseerd.

Berekeningen versnellen met onafhankelijke, snelle qubit-reset

IBM Quantum Nighthawk r2 pakt een langdurige flessenhals in quantumcomputing aan: de tijd die verloren gaat bij het wachten tot qubits zijn gereset tussen de uitvoering van circuits. Elk quantumcircuit begint met qubits die zijn voorbereid in een bekende staat en eindigt met een qubit-meting. Tussen de uitvoeringen door moeten qubits terugkeren naar hun grondtoestand voordat de volgende 'shot' kan beginnen.

Om dit te bereiken in vorige generaties van IBM Quantum-processors, waaronder Heron, vertrouwden we op een techniek genaamd conditional reset (voorwaardelijke reset), aangedreven door dynamische circuits: de processor meet de toestand van een qubit en, indien deze zich in de $|1\rangle$-toestand bevindt, wordt een bit-flip gate (specifiek een $\pi$-puls) toegepast die de qubit terugbrengt naar de grondtoestand.

Voorwaardelijke reset wordt echter beperkt door de getrouwheid van de meting en kan qubits niet resetten die buiten de computationele toestand zijn 'gelekt'. Om een volledige reset te garanderen, moet het systeem honderden microseconden inactief blijven tussen de circuituitvoeringen.

Nighthawk r2 vervangt de voorwaardelijke reset en de inactiviteitstijd door een dissipative reset gadget. Elke programmeerbare qubit is via een tunable coupler met een hoog dynamisch bereik verbonden met een koude omgeving die de qubit op verzoek terugtrekt naar zijn grondtoestand. Het activeren van die coupler brengt de effectieve $T1$ van een qubit—de maatstaf voor hoe lang deze zijn energie vasthoudt—terug van een mediaan van ongeveer 200 microseconden naar ongeveer 25 nanoseconden. Dit maakt een significant snellere reset van hoge kwaliteit mogelijk.

Cruciaal is dat deze actieve qubit-reset naburige qubits ongestoord laat, terwijl de inactiviteitstijd tussen circuitruns wordt teruggebracht tot slechts één microseconde. Het resultaat is een dramatische toename van de hoeveelheid nuttige berekeningen die het systeem in de loop van de tijd kan uitvoeren. Nighthawk r2 kan 100.000 circuits per seconde uitvoeren, een versnelling van 25x ten opzichte van Heron, die ongeveer 4.000 circuits per seconde haalt.

In de praktijk zijn deze winsten het meest merkbaar bij grootschalige, repetitieve workloads die gebruikelijk zijn in de onderzoeksgemeenschap. Vroege tests op circuits die kandidaat zijn voor quantumvoordeel wijzen al op runtimes die tot 10x sneller zijn, zonder verlies van nauwkeurigheid.

Om dit te realiseren zijn er meer controleerbare quantumelementen nodig dan gebruikers direct programmeren. De 120 programmeerbare qubits van Nighthawk r2 worden ondersteund door 218 dedicated couplers en 120 onafhankelijke qubit-reset-elementen—één gekoppeld aan elke programmeerbare qubit—voor een totaal van 458 fysieke quantumelementen.

Vanuit een technisch perspectief zijn deze extra couplers en reset-elementen vrijwel niet te onderscheiden van programmeerbare qubits, waardoor Nighthawk r2 de meest complexe quantumprocessor is die IBM tot nu toe in productie heeft genomen.

Snelheid verhogen zonder kwaliteitsverlies

Natuurlijk heeft zelfs de snelste quantumprocessor weinig waarde als die snelheid ten koste gaat van de getrouwheid die nodig is voor nuttige, nauwkeurige berekeningen.

Nighthawk r2 behoudt niet alleen de kwaliteit van zijn voorganger, maar introduceert ook een belangrijke verbetering: omdat de nieuwe snelle reset-capaciteit de qubit actief koelt tot zijn grondtoestand, wordt een vermindering van de initialisatiefout met ongeveer 25x over het hele apparaat bereikt. Het mechanisme is simpel: schonere begintoestanden betekenen nauwkeurigere resultaten.

Cruciaal is dat Nighthawk r2 deze winst behaalt zonder prestaties elders op te offeren. Het behoudt de gate-getrouwheid van de Heron-klasse, zelfs bij veel hogere snelheden, en voert individuele qubit-resets uit zonder de prestaties van de naburige qubits te verslechteren.

Een veilige qubit-reset voor naburige qubits is essentieel voor de square-lattice architectuur van Nighthawk, waarbij de meeste qubits verbonden zijn met vier directe buren—vergeleken met slechts twee of drie in eerdere architecturen—om grotere complexiteit en efficiëntie in circuitontwerp mogelijk te maken. Het resultaat is een processor die niet alleen méér quantumcomputaties uitvoert, maar meer nuttige quantumcomputaties.

Quantumvoordeel en andere vroege resultaten op Nighthawk r2

De verbeteringen in snelheid en kwaliteit van Nighthawk r2 maken al opwindende demonstraties van zijn computationele capaciteiten mogelijk.

Zo hebben onderzoekers, na recente demonstraties van quantumvoordeel via vertrouwde quantumcomputatie, Nighthawk r2 gebruikt om de doped Clifford sampling voordeel-experimenten uit te voeren, die oorspronkelijk zijn ontwikkeld in een samenwerking tussen UChicago en IBM.

Deze experimenten laten zien hoe quantumcodes op de huidige quantumcomputers al kunnen worden gebruikt om berekeningen uit te voeren die buiten het bereik van leidende klassieke simulatiemethoden liggen, terwijl er tegelijkertijd vertrouwen wordt geboden dat de berekening correct is uitgevoerd. Met de verhoogde connectiviteit van Nighthawk r2 ten opzichte van Heron-processors verwachten we nog meer demonstraties van quantumvoordeel te zien over een breder scala aan circuits en probleemklassen.

Daarnaast heeft Nighthawk r2 nauwkeurige schattingen van observables aangetoond met behulp van Probabilistic Error Amplification (PEA) op circuits die 7.500 gates bevatten. Dit is een belangrijke mijlpaal richting de betrouwbare uitvoering van steeds complexere quantumcircuits en een belangrijk doel op de IBM Quantum Roadmap voor 2026.

De voordelen strekken zich verder uit tot experimenten die direct toepassingen verkennen. In simulaties van neutronenverstrooiing die eerder dit jaar zijn gerapporteerd, zorgde de verhoogde doorvoer van Nighthawk r2 voor een 12x versnelling, waardoor spectra die direct vergeleken kunnen worden met experimentele laboratoriumdata in ongeveer 60 seconden werden geproduceerd.

Samen laten deze resultaten zien hoe vooruitgang in doorvoer en kwaliteit wordt vertaald naar praktische computationele mogelijkheden, waardoor quantumvoordeel kan worden gedemonstreerd, de roadmap wordt afgewerkt en de ontdekking van quantumapplicaties wordt versneld.

Gebouwd voor quantumfoutcorrectie

De nieuwe reset-capaciteit van Nighthawk r2 is niet alleen beschikbaar tussen circuits, maar ook tijdens de uitvoering van een circuit. Dit levert enorme efficiëntiewinsten op voor dynamische circuits, een geavanceerde functionaliteit waarbij qubit-metingen worden uitgevoerd tijdens de runtime van een enkele circuituitvoering.

Veel protocollen voor quantumfoutcorrectie en geavanceerde quantum-klassieke workflows vereisen dynamische circuits. Betrouwbare, onafhankelijke reset over alle programmeerbare qubits maakt Nighthawk r2 tot een krachtig platform voor onderzoek in deze gebieden.

De nieuwe reset-capaciteit maakt herhaaldelijk gebruik van hulpqubits (auxiliary qubits) mogelijk tijdens quantumfoutdetectie en quantumfoutcorrectieprotocollen, zoals space-time checks. Dit biedt extra flexibiliteit voor experimenten die logische qubits in workloads introduceren.

In veel opzichten is dit een weerspiegeling van de rol van Nighthawk in de IBM Quantum Roadmap. Oorspronkelijk geïntroduceerd als platform voor het verkennen en schalen van quantumvoordeel, is het nu een testomgeving geworden voor verbeterde foutgecorrigeerde operaties.

Circuits vandaag nog draaien

Naarmate quantumhardware volwassener wordt, is de uitdaging niet langer simpelweg het bouwen van grotere en betere processors. Het gaat om het maximaliseren van wat onderzoekers kunnen bereiken met de systemen die al beschikbaar zijn. Met zijn 120 programmeerbare qubits en onafhankelijke, snelle qubit-reset streeft Nighthawk r2 ernaar onderzoekers te bevrijden van die beperkingen.

Een grotere circuit-doorvoer betekent dat de nieuwe Nighthawk aanzienlijk meer workloads kan draaien binnen dezelfde toewijzing. Schattingen suggereren dat gebruikers veel meer bruikbare computationele capaciteit kunnen realiseren met Nighthawk r2, wat betekent dat ze minder tijd kunnen besteden aan het beheren van quantumbronnen en meer tijd aan het ontdekken van wat die bronnen mogelijk maken.

De nieuwe Nighthawk r2-processor is nu beschikbaar op het IBM Quantum Platform. Of u nu applicatieonderzoek opschaalt, de kracht van dynamische circuits verkent of de nieuwste quantumfoutcorrectie-onderzoeken bevordert, dit nieuwe systeem helpt u om meer quantumcomputing te doen, en dat sneller.

Uiteindelijk is het belangrijkste aspect van een quantumcomputer niet het aantal qubits of componenten; het is de hoeveelheid nuttige berekeningen die het systeem kan leveren. Terwijl de industrie evolueert naar complexere workloads en fouttolerante berekeningen, is het essentieel dat we blijven werken aan het omzetten van hardware-innovatie in praktische capaciteit.

Referenties

1. Martiel, S. et al. Sampling hard circuits with verifiably high fidelity. arXiv:2607.25941, arXiv, 28 Jul 2026. arxiv.org, https://arxiv.org/abs/2607.25941