IBM ja Chicagon yliopisto raportoivat varmennettavasta kvanttiedusta – laskennan tulokselle saatiin tilastollinen luotettavuusraja

Mitä kokeessa tehtiin?

IBM:n Quantum Heron -prosessorilla ajetussa kokeessa käytettiin uutta virheenkorjausmenetelmää, jolla muodostettiin 70 loogista kubittia. Looginen kubitti ei tarkoita yhtä fyysistä kubittia, vaan usean fyysisen kubitin avulla suojattua laskennallista yksikköä.

Kokeen keskeiset luvut olivat seuraavat :

• 70 loogista kubittia
• 2 415 loogista kahden kubitin operaatiota
• 468 loogista T-porttia, jotka ovat universaalin kvanttilaskennan kannalta keskeisiä operaatioita
• noin 15 minuutin laskenta-aika
• looginen virhetaso noin kymmenen kertaa fyysistä virhetasoa pienempi

Tutkijoiden mukaan sama ongelma vaatisi johtavilla klassisilla simulointimenetelmillä epäkäytännöllisen pitkän ajan. Kyse oli erityisesti suunnitellusta näytteenotto-ongelmasta, joka on klassisille tietokoneille vaikea mutta jonka tuloksia voidaan silti arvioida kokeellisesti.

IBM ja tutkijat julkaisivat piirit ja tulokset Quantum Advantage Tracker -seurantapalvelussa. He myös kutsuivat muita tutkijoita avoimesti haastamaan ja kumoamaan tulkintansa .

Aika-avaruuskoodi ratkaisi varmennuksen ongelmaa

Kokeen keskeinen innovaatio oli aika-avaruuskoodiksi kutsuttu rakenne. Se on vaihtoehto aiemmissa kvanttietukokeissa käytetylle satunnaiselle piirinäytteenotolle eli RCS-menetelmälle .

Tutkijat rakensivat piirin pääosin Clifford-porteista. Niitä on suhteellisen tehokasta simuloida klassisesti, ja ne soveltuvat luonnostaan virheiden havaitsemiseen. Tämän jälkeen piiriin lisättiin tarkasti sijoitettuja T-portteja. T-portit tekevät laskennasta klassisesti vaikeampaa, mutta niiden sijoittelu säilytti osan Clifford-rakenteen virheentunnistuskyvystä .

Näin järjestelmä pystyi havaitsemaan virheitä laskennan aikana, eikä oikeellisuuden arviointi jäänyt pelkästään jälkikäteen tehtävän klassisen tarkistuksen varaan .

Tutkijat laskivat tulokselle fideliteetin eli laskennan uskollisuutta kuvaavan suureen alarajaksi 0,284, ja ilmoittivat tuloksen olevan voimassa 95 prosentin tilastollisella luottamustasolla . IBM:n mukaan kyseessä on ensimmäinen kvanttietukoe, jossa on esitetty matemaattinen oikeellisuusraja tällä tavalla .

Varmennuksella oli kuitenkin huomattava hinta. Virheiden havaitseminen vaati yhteensä 860 kertaa tavanomaista enemmän koeajoja, ja vain noin 28 prosenttia ajoista läpäisi virheentunnistussuodattimen . Tämä on merkittävä haaste, jos menetelmää halutaan myöhemmin käyttää käytännön ongelmiin.

Kyseessä oli kolmen tutkimuksen kokonaisuus

IBM ajoitti samaan ilmoitukseen kolme arXiv-palvelussa 27.–28. heinäkuuta julkaistua esijulkaisua. Jokaisessa käytettiin eri tapaa rakentaa luottamusta kvanttilaskennan tuloksiin .

• IBM ja Chicagon yliopisto: loogisilla kubiteilla toteutettu ja tässä jutussa kuvattu pääkoe.
• IBM ja Qedma Quantum Computing: Qedman QESEM-ohjelmistolla tutkittiin pitkäkestoista dynamiikkaa enintään 74 kubitilla. Tuloksia verrattiin muun muassa RIKENin ja BlueQubitin klassisiin simulaatioihin sekä Quantinuumin laitteistotarkistuksiin .
• IBM ja Algorithmiq: simuloitiin heterogeenista kvanttimateriaalia ja käytettiin kehystä, jonka tarkoituksena on arvioida kvanttilaskennan luotettavuutta silloin, kun klassinen varmennus ei ole mahdollinen .

Ulkopuolisten tutkijoiden mukaan Qedman ja Algorithmiqin julkaisut eivät itse nimenomaisesti väittäneet osoittaneensa kvanttietua, vaan niiden tulkinta oli pikemminkin se, että klassinen simulointi on kyseisissä tapauksissa vaikeaa . Kaikki kolme julkaisua ovat vielä vertaisarvioimattomia esijulkaisuja .

Miksi väitteisiin suhtaudutaan varauksella?

Kvanttilaskennan näyttävät tulokset vaativat riippumatonta tarkistusta. Pitkäaikainen kriitikko Gil Kalai on katsonut, että kohina voi edelleen heikentää kokeen johtopäätöksiä . Myös 860-kertainen koeajojen lisätarve osoittaa, kuinka suuri tekninen kustannus varmennuksesta tällä hetkellä syntyy .

Toisaalta IBM on tuonut aineiston ja menetelmät julkisesti saataville ja pyytänyt tutkimusyhteisöä arvioimaan väitettä avoimesti . Se helpottaa riippumatonta toistamista, vaikka ei korvaa vertaisarviointia.

IBM odottaa kaupallista vaikutusta ennen vuosikymmenen loppua

Teknisen ilmoituksen yhteydessä IBM:n toimitusjohtaja Arvind Krishna puhui CNBC:n Mad Money -ohjelmassa kvanttilaskennan kaupallisista näkymistä . Hänen mukaansa teknologialla voisi olla IBM:n liikevaihtoon ja tulokseen mitattava vaikutus vuosina 2028–2029 . Krishna sanoi lisäksi, että IBM on ”melko vakuuttunut” kvanttilaskennan voivan synnyttää biljoonan dollarin arvon 2030-luvun loppuun mennessä .

Ennusteet liittyvät laajaan investointiohjelmaan. IBM ilmoitti kesäkuussa 2026 aikovansa sijoittaa kvanttilaskentaan yli 10 miljardia dollaria seuraavien viiden vuoden aikana. Investoinnit kattavat tutkimuksen ja tuotekehityksen, laitteistojen valmistuksen, virheenkorjauksen, ohjelmistot ja kumppaniverkoston laajentamisen .

Yhtiö sanoo olevansa aikataulussa suuren, vikasietoisen kvanttitietokoneen toimittamiseksi vuoteen 2029 mennessä . Erillistä kvanttisiruja valmistavaa tuotantolaitosta on lisäksi tarkoitus tukea Yhdysvaltain kauppaministeriön miljardin dollarin sitoumuksella .

Onko kvanttilaskenta nyt käytännössä hyödyllistä?

Jos tulokset kestävät vertaisarvioinnin ja riippumattoman tarkastelun, koe voi olla tähän asti vakuuttavimpia osoituksia siitä, että kvanttilaitteisto on saavuttanut merkittävän uuden kynnyksen. Se yhdistää kaksi asiaa, joita on yleensä ollut vaikea saavuttaa yhtä aikaa: klassisesti vaikean laskennan ja perustellun tavan arvioida tuloksen oikeellisuutta.

Johtopäätöstä ei kuitenkaan vielä kannata venyttää liian pitkälle. Koeongelma suunniteltiin nimenomaan varmennettavaksi, varmennus vaati valtavan määrän lisäajoja ja tutkimukset odottavat vertaisarviointia. Tulos on siksi ennen kaikkea tärkeä tutkimusaskel kohti luotettavampaa kvanttilaskentaa – ei vielä osoitus siitä, että kvanttitietokoneet olisivat valmiita ratkaisemaan yleisiä yritysmaailman ongelmia klassisia koneita paremmin.