IBM hævder verificeret kvantefordel – med matematisk dokumentation for resultatet

Kvantefordel betyder, at en kvantecomputer løser en bestemt type problem på en måde, som klassiske computere ikke kan matche inden for en praktisk tidsramme. Udfordringen har længe været at verificere resultatet. Klassiske beregninger kan normalt kontrolleres ved at køre dem igen med andre metoder, mens kvantecomputere arbejder probabilistisk, og deres resultater kan være ekstremt vanskelige at efterprøve klassisk.

IBM og University of Chicago siger, at de har kombineret to egenskaber, som normalt står i modsætning til hinanden: Kredsløbet er svært for klassiske computere at simulere, men er samtidig bygget på en måde, der gør det muligt at kontrollere fejl undervejs .

70 logiske qubits på en Heron-processor

Forsøget blev kørt på en IBM Quantum Heron-processor og havde ifølge forskerne følgende nøgletal :

• 70 logiske qubits blev kodet ved hjælp af en ny fejlkorrektionsmetode. Det er blandt de største demonstrationer af fejl-tolerant logisk kvantecomputing, der hidtil er rapporteret.
• Kredsløbet udførte 2.415 logiske operationer med to qubits og 468 logiske T-porte – mål, der bruges til at beskrive kredsløbets kompleksitet.
• Beregningen tog omkring 15 minutter. Teamet vurderede, at tilsvarende klassiske simuleringsmetoder ville kræve en upraktisk lang tid.
• Den logiske fejlrate blev reduceret til omkring en tiendedel af den fysiske fejlrate for de underliggende qubits .

Opgaven var en såkaldt sampling-opgave, som var udformet til at være vanskelig for klassiske computere, men stadig mulig at verificere. IBM har offentliggjort både kredsløbene og resultaterne på virksomhedens Quantum Advantage Tracker og inviteret andre forskere til at efterprøve eller forsøge at afkræfte resultatet .

Den centrale metode: en »spacetime-kode«

Forskerne brugte en teknik kaldet en spacetime-kode. Den er et struktureret alternativ til den såkaldte random circuit sampling-metode, som har været anvendt i tidligere forsøg på at demonstrere kvantefordel .

Kredsløbet blev hovedsageligt bygget med Clifford-porte. De er relativt effektive at simulere klassisk og egner sig til fejldetektion. Derefter indsatte forskerne omhyggeligt T-porte – ikke-Clifford-operationer, som er nødvendige for universel kvanteberegning – på bestemte steder i kredsløbet. Placeringen skulle bevare Clifford-strukturen og dermed muligheden for at opdage fejl .

Det betød, at fejl kunne identificeres under selve beregningen i stedet for først at blive vurderet bagefter ved hjælp af en klassisk kontrol .

Forskerne beregnede en nedre grænse for troskaben på 0,284 med 95 procents statistisk sikkerhed. Ifølge den tilgængelige beskrivelse er det første gang, et forsøg på kvantefordel har leveret en matematisk garanteret grænse for, hvor korrekt beregningen blev udført .

Metoden har dog en høj pris. For at få fejldetektionen til at fungere måtte teamet gennemføre 860 gange så mange forsøgsrunder som normalt, og kun cirka 28 procent af runderne bestod fejlkontrollen . Den store ekstra arbejdsbyrde er en væsentlig udfordring, hvis teknikken senere skal bruges i praktiske anvendelser.

Tre forskningsresultater blev offentliggjort samtidig

IBM koordinerede den 30. juli en annoncering af tre fortryk, som var lagt på arXiv den 27. og 28. juli. De brugte forskellige metoder til at skabe tillid til kvanteberegninger, der er vanskelige at simulere på klassiske systemer .

• IBM og University of Chicago stod bag resultatet med det logiske kredsløb og den eksplicitte verificering.
• IBM og Qedma Quantum Computing brugte Qedmas QESEM-software til fejlreduktion til at observere langvarig dynamik på op til 74 qubits. Resultaterne blev sammenlignet med klassiske simuleringer fra RIKEN og BlueQubit samt hardwarekontroller på Quantinuum .
• IBM og Algorithmiq demonstrerede en metode til at simulere et heterogent kvantemateriale – et problem, der ifølge IBM havde stået på virksomhedens Quantum Advantage Tracker i otte måneder .

Eksterne forskere har bemærket, at Qedma- og Algorithmiq-fortrykkene ikke selv udtrykkeligt hævdede kvantefordel, men snarere beskrev resultater, der viste, at klassisk simulering var vanskelig . Ingen af de tre artikler havde på annonceringstidspunktet gennemgået fagfællebedømmelse .

Skepsis og forbehold

Påstanden bør derfor stadig læses med forbehold. Den mangeårige kvantecomputing-kritiker Gil Kalai har argumenteret for, at støj fortsat kan svække resultaterne . Samtidig er den 860-dobbelte ekstra arbejdsbyrde et klart praktisk problem, og det er endnu uvist, hvordan metoden kan skaleres til problemer med reel kommerciel betydning .

IBM har på sin side offentliggjort data og metoder og opfordret forskningsmiljøet til at udfordre resultatet uafhængigt .

IBM ser milliardpotentiale i teknologien

Samme dag som den tekniske annoncering deltog IBM's administrerende direktør, Arvind Krishna, i CNBC-programmet Mad Money for at tale om de kommercielle perspektiver .

Krishna sagde, at kvantecomputing vil få en »målbar effekt« på IBM's omsætning og indtjening i 2028 eller 2029 . Han tilføjede, at IBM er »ret overbevist« om, at kvantecomputing kan skabe værdi for 1 billion dollar ved udgangen af 2030'erne .

IBM kobler forventningerne til en omfattende investeringsplan. I juni 2026 annoncerede virksomheden, at den vil investere mere end 10 milliarder dollar i kvantecomputing over fem år. Pengene skal blandt andet gå til forskning og udvikling, produktion af hardware, fejlkorrektion, software og partnerskaber i økosystemet .

Virksomheden fastholder desuden, at den er på rette kurs mod at levere en storskala, fejl-tolerant kvantecomputer i 2029 . En planlagt selvstændig fabrik til fremstilling af kvantechips støttes delvist af en forpligtelse på 1 milliard dollar fra USA's handelsministerium .

Hvad kan gennembruddet betyde?

Hvis resultaterne består fagfællebedømmelse og uafhængig kontrol, kan de blive et af de stærkeste tegn hidtil på, at kvantehardware nærmer sig en praktisk nytteværdi. Kombinationen af en klassisk set vanskelig beregning og en statistisk dokumentation af resultatets kvalitet rammer det centrale tillidsproblem, der har fulgt tidligere påstande om kvantefordel – blandt andet siden Googles Sycamore-eksperiment i 2019.

Men resultatet er ikke det samme som en færdig kommerciel kvantecomputer. Opgaven var specifikt udformet til at kunne verificeres, den nødvendige ekstra beregningsmængde er meget stor, og forskningsartiklerne er stadig fortryk. Det mest præcise billede er derfor, at kvantecomputing har taget et vigtigt skridt mod verificerbar og mere pålidelig beregning, men at vejen til bred praktisk anvendelse fortsat er lang.