עידן חדש במחשוב קוונטי: IBM חושפת שלוש הדגמות של יתרון קוונטי מאומת

מהו 'יתרון קוונטי'?

יתרון קוונטי הוא הנקודה שבה מחשב קוונטי יכול לבצע משימה באופן מדויק, זול או יעיל יותר מכל שיטה קלאסית ידועה . המסגרת שפרסמה IBM (arXiv:2506.20658) דורשת שני קריטריונים: ראשית, נכונות הפלט הקוונטי חייבת להיות מאומתת בקפדנות; שנית, החישוב הקוונטי חייב להפגין יעילות, עלות-תועלת או דיוק עדיפים בהשוואה לגישות קלאסיות . שלושת המאמרים תוכננו לעמוד בשני הקריטריונים בו-זמנית .

שלוש ההדגמות

1. IBM ו-Algorithmiq: סימולציית חומר קוונטי מעבר להישג יד קלאסי

מאמר זה סימל חומר קוונטי הטרוגני שתוכנן על ידי Algorithmiq על מעבד IBM Quantum Heron. המודל לוכד חומר קוונטי בר-תכנות שבו ניתן לכוון זרימת מידע, לוקליזציה והפרעות – מחלקת בעיות רלוונטית לתכנון זרזים ואלקטרוליטים לסוללות .

תוצאה מרכזית: שמונה חודשים לאחר שהבעיה פורסמה לראשונה ב-Quantum Advantage Tracker, שום שיטה קלאסית לא הצליחה להפיק תוצאות אמינות בכל טווח הבעיה .

כיצד אימתו את התשובה: שיטות סימולציה קלאסיות הפיקו תחזיות סותרות – הן לא הצליחו להסכים על התשובה הנכונה. הצוות פיתח מסגרת של 'חישוב קוונטי מהימן' באמצעות מניפולציית רעש: הם החדירו בכוונה רעש מבוקר, שינו כיולי שערים, והריצו את החישוב על מספר מעבדי IBM. התוצאה הקוונטית נותרה יציבה תחת תנאי רעש משתנים, מה שסיפק עדות לכך שהערך הפיזיקלי האמיתי חושב כראוי .

הזמנה לקהילה: Algorithmiq הפכה את monoprop, השיטה הקלאסית הטובה ביותר שלה לסימולציית מצבי יסוד מולקולריים, לקוד פתוח, כך שכל קבוצת מחקר תוכל להשתמש בה כדי לבחון טענות עתידיות ליתרון קוונטי .

2. IBM ואוניברסיטת שיקגו: 70 קיוביטים לוגיים עם תיקון שגיאות

מאמר זה השתמש בבנייה חדשנית של מעגלים קוונטיים מקודדים (מתוקני שגיאות) כדי לבצע את אחת מההדגמות הגדולות ביותר של מחשוב קוונטי לוגי שדווחו אי פעם: 70 קיוביטים לוגיים, שהריצו 2,415 פעולות לוגיות דו-קיוביטיות ו-468 שערי T לוגיים. שיעורי השגיאות הלוגיות היו פי 10 נמוכים יותר משיעורי השגיאות הפיזיקליים הבסיסיים, מה שאישר שתיקון השגיאות עבד ביעילות .

תוצאה מרכזית: החישוב הקוונטי הושלם תוך כ-15 דקות. שיטות סימולציה קלאסיות מובילות התמודדו עם זמני ריצה בלתי אפשריים למשימה מקבילה .

כיצד אימתו את התשובה: הצוות פיתח חלופה מובנית לדגימת מעגלים אקראיים (RCS) השומרת על אותם קריטריוני קושי אך מאפשרת זיהוי שגיאות במהלך החישוב עצמו, ומספקת ביטחון סטטיסטי בנאמנות הפלט .

הזמנה לקהילה: המעגלים והתוצאות שוחררו בגלוי ב-Quantum Advantage Tracker לאמות מידה קהילתיות .

3. IBM ו-Qedma: פיזיקת מערכות מרובות חלקיקים על 74 קיוביטים, באימות צולב על יונים לכודים

מאמר זה השתמש בתוכנת הפחתת השגיאות QESEM של Qedma על מעבדי IBM Quantum Heron כדי לחקור דינמיקה של מודל Floquet Ising דו-ממדי (מערכת מגנטית מונעת) במערכות של עד 74 קיוביטים, ופתר תנודות קוונטיות מורכבות וארוכות-טווח ששיטות קלאסיות לא הצליחו לשחזר באופן עקבי .

תוצאה מרכזית: סימולציות קלאסיות שהורצו על Fugaku (אחד ממחשבי-העל החזקים בעולם, דרך RIKEN) ושיטות מ-BlueQubit לא הצליחו להסכים באופן עקבי בקנה המידה שהושג בניסויים הקוונטיים, בעוד התוצאות הקוונטיות עם הפחתת שגיאות נותרו עקביות .

כיצד אימתו את התשובה: אסטרטגיה תלת-שכבתית: (1) הפחתת שגיאות לא מוטה נבחנה מול חישובים קלאסיים בקני מידה קטנים יותר שבהם שיטות קלאסיות עדיין אמינות; (2) לאחר מכן, גישת הפחתה ניתנת להרחבה הורחבה לגדלים גדולים יותר; ו-(3) אימות צולב בלתי תלוי על מערכות היונים הלכודים של Quantinuum אישר שהפיזיקה שנצפתה אינה ספציפית לחומרה של IBM .

הזמנה לקהילה: המעגלים והתוצאות הקוונטיות שוחררו בפומבי ב-Quantum Advantage Tracker לפני פרסום ה-Preprint ב-arXiv .

נושאים חוצי מאמרים

Quantum Advantage Tracker

כל שלוש הצוותים פרסמו את הבעיות והתוצאות שלהם ב-Quantum Advantage Tracker של IBM – פלטפורמה קהילתית ראשונה מסוגה בקוד פתוח להשוואה שיטתית של שיטות קוונטיות וקלאסיות בזמן אמת . כל קבוצת מחקר יכולה לנסות להפריך את הטענות הקוונטיות עם אלגוריתמים קלאסיים טובים יותר, והכלי יציג את ההשוואה בגלוי .

בעיית אימות האמון

ביקורת מתמשכת על טענות קודמות לעליונות קוונטית (כמו ניסוי Sycamore של גוגל מ-2019) הייתה שלא ניתן היה לאמת את הפלט הקוונטי באופן בלתי תלוי. התרומה המרכזית של IBM בכל שלושת המאמרים היא מתודולוגיה לבניית אמון בתוצאות קוונטיות גם כאשר אימות קלאסי אינו אפשרי: בדיקות יציבות עם מניפולציית רעש, מבני מעגלים מזהי שגיאות, ואימות צולב על חומרה שונה .

הדרך קדימה

ג'יי גמבטה, מנהל חטיבת המחקר של IBM, הצהיר: 'מחשבים קוונטיים הגיעו לנקודה שבה הם יכולים להראות ראיות לקריטריונים הבסיסיים ליתרון: הם יכולים לעלות על שיטות קלאסיות מובילות, ובו בזמן להפיק תוצאות שאנו יכולים לסמוך עליהן' . ביוני 2026, IBM התחייבה ליותר מ-10 מיליארד דולר למפת הדרכים הקוונטית שלה, עם יעד למחשב קוונטי סובלני לתקלות (IBM Quantum Starling) עד 2029 .