IBM dan Universiti Chicago Tunjukkan Kelebihan Kuantum yang Boleh Disahkan

Mengapa pengiraan kuantum sukar disahkan?

“Quantum advantage” atau kelebihan kuantum merujuk kepada keadaan apabila komputer kuantum menyelesaikan masalah yang tidak mampu dilakukan komputer klasik dalam tempoh yang praktikal. Namun, kelebihan itu tidak banyak ertinya jika hasilnya tidak dapat diperiksa.

Komputer klasik lazimnya boleh mengulangi dan menyemak pengiraan langkah demi langkah. Komputer kuantum pula menghasilkan keputusan berdasarkan kebarangkalian, manakala simulasi keseluruhan proses pada komputer klasik boleh menjadi terlalu mahal dari segi masa dan kuasa pengkomputeran. IBM dan Universiti Chicago cuba menyelesaikan masalah ini dengan membina litar yang sukar disimulasikan secara klasik, tetapi masih mempunyai struktur dalaman yang membolehkan ketepatannya diuji .

70 qubit logik dan 15 minit pengiraan

Eksperimen utama dijalankan pada pemproses IBM Quantum Heron. Antara angka penting yang dilaporkan ialah :

• 70 qubit logik dikodkan menggunakan kaedah pembetulan ralat baharu. Qubit logik ialah unit maklumat kuantum yang dilindungi oleh gabungan beberapa qubit fizikal bagi mengurangkan kesan ralat.
• Litar tersebut melaksanakan 2,415 operasi logik dua-qubit dan 468 get T, dua ukuran yang digunakan untuk menggambarkan kerumitan litar kuantum.
• Pengiraan selesai dalam kira-kira 15 minit — tugasan yang menurut pasukan penyelidik memerlukan masa yang tidak praktikal dengan kaedah simulasi klasik terkemuka.
• Kadar ralat logik berjaya dikurangkan kepada kira-kira 10 kali lebih rendah berbanding kadar ralat qubit fizikal yang mendasarinya .

Masalah yang dipilih ialah tugasan pensampelan yang direka supaya sukar bagi komputer klasik, tetapi masih boleh disahkan menggunakan struktur litar tertentu. IBM menerbitkan litar dan keputusan eksperimen itu melalui Quantum Advantage Tracker, selain mengalu-alukan cubaan bebas untuk mencabar atau menyangkal dakwaan tersebut .

Kod “ruang-masa” menjadi kunci pengesahan

Inovasi utama eksperimen ini ialah teknik yang dikenali sebagai kod ruang-masa (spacetime code), iaitu pendekatan berstruktur yang berbeza daripada kaedah random circuit sampling yang digunakan dalam beberapa eksperimen terdahulu .

Pasukan penyelidik membina sebahagian besar litar menggunakan get Clifford. Get ini lebih mudah disimulasikan secara klasik dan mempunyai ciri semula jadi yang membantu pengesanan ralat. Mereka kemudian “mencantumkan” get T — operasi bukan-Clifford yang penting untuk pengiraan kuantum sejagat — pada kedudukan tertentu tanpa menghilangkan keupayaan litar untuk mengesan ralat .

Reka bentuk itu membolehkan ralat dikenal pasti semasa pengiraan berlangsung, bukannya hanya bergantung pada pemeriksaan klasik selepas keputusan dikeluarkan .

Pasukan tersebut mengira had bawah kesetiaan (fidelity) sebanyak 0.284 dengan keyakinan statistik 95%. Menurut laporan yang dirujuk, ini merupakan kali pertama eksperimen kelebihan kuantum menghasilkan had ketepatan yang disokong secara matematik .

Namun, pengesahan itu datang dengan kos besar. Eksperimen memerlukan kira-kira 860 kali ganda jumlah larian biasa, dan hanya sekitar 28% larian melepasi penapis pengesanan ralat . Beban tambahan ini masih menjadi cabaran kejuruteraan utama sebelum pendekatan berkenaan boleh diperluas kepada aplikasi komersial.

Tiga pracetak dalam satu pengumuman

Pengumuman 30 Julai itu melibatkan tiga pracetak yang dimuat naik ke arXiv pada 27 dan 28 Julai. Setiap satu menggunakan pendekatan berbeza untuk meningkatkan keyakinan terhadap pengiraan kuantum yang sukar disahkan melalui simulasi klasik .

• IBM dan Universiti Chicago: Menunjukkan keputusan litar kuantum logik dengan 70 qubit serta kaedah pengesahan yang menjadi tumpuan utama.
• IBM dan Qedma Quantum Computing: Menggunakan perisian pengurangan ralat QESEM untuk memerhatikan dinamik berpanjangan sehingga 74 qubit, lalu membandingkan keputusan dengan simulasi klasik daripada RIKEN dan BlueQubit serta pemeriksaan perkakasan pada Quantinuum .
• IBM dan Algorithmiq: Menunjukkan pengiraan berkaitan simulasi bahan kuantum heterogen — masalah yang telah berada dalam Quantum Advantage Tracker selama lapan bulan tanpa kaedah klasik yang dapat menghasilkan keputusan secara konsisten merentasi keseluruhan julat masalah .

Sesetengah penyelidik luar menegaskan bahawa pracetak Qedma dan Algorithmiq tidak secara jelas mendakwa telah mencapai kelebihan kuantum. Sebaliknya, kedua-duanya lebih berhati-hati dengan menyatakan bahawa simulasi klasik bagi masalah berkenaan adalah sukar . Ketiga-tiga kertas itu juga masih berupa pracetak dan belum melalui semakan rakan sebaya .

Mengapa dakwaan ini masih perlu diteliti?

Dakwaan besar dalam pengkomputeran kuantum lazimnya mengundang penelitian. Pengkritik lama bidang itu, Gil Kalai, berpendapat bahawa bunyi bising dan ralat mungkin masih menjejaskan keputusan eksperimen .

Selain itu, nisbah beban 860 kali ganda untuk pengesanan ralat menunjukkan bahawa pendekatan tersebut belum lagi praktikal pada skala aplikasi dunia sebenar. Masalah yang diuji juga dipilih secara khusus kerana ia sukar disimulasikan tetapi masih sesuai untuk disahkan .

IBM pula menjadikan data, litar dan kaedahnya tersedia kepada umum, serta secara terbuka mengundang penyelidik lain mencabar hasil tersebut .

Sasaran komersial IBM semakin agresif

Pada hari yang sama, CEO IBM Arvind Krishna muncul dalam rancangan CNBC Mad Money untuk membincangkan kesan komersial teknologi kuantum .

Krishna berkata pengkomputeran kuantum akan memberi “kesan yang boleh diukur” kepada hasil dan keuntungan IBM pada 2028 atau 2029 . Beliau turut berkata IBM “agak yakin” teknologi itu boleh menghasilkan nilai sebanyak AS$1 trilion menjelang akhir 2030-an .

Sasaran itu disertai pelaburan besar. IBM mengumumkan pada Jun 2026 bahawa syarikat tersebut merancang membelanjakan lebih AS$10 bilion untuk pengkomputeran kuantum dalam tempoh lima tahun. Perbelanjaan itu meliputi penyelidikan dan pembangunan, pembuatan perkakasan, pembetulan ralat, perisian serta kerjasama ekosistem .

IBM juga berkata ia masih berada di landasan untuk menghasilkan komputer kuantum toleran ralat berskala besar menjelang 2029 . Sebuah kilang cip kuantum khusus yang dirancang pula menerima komitmen AS$1 bilion daripada Jabatan Perdagangan Amerika Syarikat .

Apa maknanya untuk masa depan komputer kuantum?

Jika dakwaan ini melepasi semakan rakan sebaya dan pengesahan bebas, ia boleh menjadi antara bukti paling kukuh setakat ini bahawa perkakasan kuantum mula melepasi tahap demonstrasi konsep kepada pengiraan yang lebih dipercayai.

Gabungan dua ciri — pengiraan yang sukar dicapai komputer klasik dan bukti statistik tentang ketepatannya — menyentuh masalah kepercayaan yang membayangi dakwaan kelebihan kuantum sejak eksperimen Sycamore Google pada 2019.

Tetapi hasil ini masih bukan bermakna komputer kuantum sudah bersedia menggantikan komputer biasa. Kos pengesanan ralat amat tinggi, masalahnya direka khusus untuk tujuan pengesahan dan semua kertas masih belum disemak rakan sebaya. Buat masa ini, pencapaian IBM lebih tepat dilihat sebagai langkah penting ke arah pengkomputeran kuantum yang bukan sahaja pantas, tetapi juga boleh dipercayai dan diuji.