IBM Isytihar Era Kelebihan Kuantum Bermula: Tiga Demonstrasi Sah Mengalahkan Komputer Klasik

Apakah Itu 'Kelebihan Kuantum'?

Kelebihan kuantum ialah titik di mana komputer kuantum dapat melaksanakan tugas dengan lebih tepat, murah, atau cekap daripada mana-mana kaedah klasik yang diketahui . Rangka kerja IBM yang diterbitkan (arXiv:2506.20658) memerlukan dua kriteria: pertama, ketepatan output kuantum mesti disahkan dengan teliti; kedua, pengiraan kuantum mesti menunjukkan kecekapan, keberkesanan kos, atau ketepatan yang unggul berbanding pendekatan klasik . Ketiga-tiga kertas kerja ini direka untuk memenuhi kedua-dua kriteria secara serentak .

Tiga Demonstrasi

1. IBM & Algorithmiq: Mensimulasi Bahan Kuantum Di Luar Jangkauan Klasik

Kertas kerja ini mensimulasi bahan kuantum heterogen yang direka oleh Algorithmiq pada pemproses IBM Quantum Heron. Model ini menangkap jirim kuantum boleh atur cara di mana aliran maklumat, penyetempatan, dan gangguan boleh ditala — kelas masalah yang relevan untuk merekabentuk pemangkin dan elektrolit bateri .

Keputusan utama: Lapan bulan selepas masalah mula-mula dikeluarkan di Quantum Advantage Tracker, tiada kaedah klasik yang dapat menghasilkan keputusan yang boleh dipercayai merentas keseluruhan kawasan masalah .

Cara mereka mengesahkan jawapan: Kaedah simulasi klasik menghasilkan ramalan yang bercanggah antara satu sama lain — mereka tidak boleh bersetuju tentang jawapan yang betul. Pasukan itu membangunkan rangka kerja "pengiraan kuantum yang dipercayai" menggunakan manipulasi hingar: mereka sengaja menyuntik hingar terkawal, mengubah suai penentukuran get, dan menjalankan pengiraan merentas berbilang pemproses IBM. Keputusan kuantum kekal stabil di bawah keadaan hingar yang berbeza, memberikan bukti bahawa nilai fizikal sebenar sedang dikira dengan betul .

Jemputan komuniti: Algorithmiq telah membuka sumber monoprop, kaedah klasik terbaiknya sendiri untuk mensimulasi keadaan dasar molekul, supaya mana-mana kumpulan penyelidikan boleh menggunakannya untuk menguji ketahanan tuntutan kelebihan kuantum masa depan .

2. IBM & Universiti Chicago: 70 Qubit Logik dengan Pembetulan Ralat

Kertas kerja ini menggunakan pembinaan novel litar kuantum berkod (ralat diperbetulkan) untuk melakukan salah satu demonstrasi pengkomputeran kuantum logik terbesar yang pernah dilaporkan: 70 qubit logik, menjalankan 2,415 operasi dua-qubit logik dan 468 get T logik. Kadar ralat logik adalah 10× lebih rendah daripada kadar ralat fizikal asas, mengesahkan bahawa pembetulan ralat berfungsi dengan berkesan .

Keputusan utama: Pengiraan kuantum selesai dalam kira-kira 15 minit. Kaedah simulasi klasik terkemuka menghadapi masa jalan yang terlalu tinggi untuk tugas yang setara .

Cara mereka mengesahkan jawapan: Pasukan itu membangunkan alternatif berstruktur kepada pensampelan litar rawak (RCS) yang mengekalkan kriteria kesukaran yang sama tetapi membolehkan pengesanan ralat semasa pengiraan itu sendiri, memberikan keyakinan statistik dalam kesetiaan output .

Jemputan komuniti: Litar dan keputusan telah dikeluarkan secara terbuka di Quantum Advantage Tracker untuk penandaarasan komuniti .

3. IBM & Qedma: Fizik Jirim Berbilang pada 74 Qubit, Disahkan Silang pada Ion Terperangkap

Kertas kerja ini menggunakan perisian mitigasi ralat QESEM Qedma pada pemproses IBM Quantum Heron untuk mengkaji dinamik model Ising Floquet 2D — sistem magnetik terdorong — dalam sistem sehingga 74 qubit, menyelesaikan ayunan kuantum yang kompleks dan tahan lama yang tidak dapat dihasilkan semula oleh kaedah klasik secara konsisten .

Keputusan utama: Simulasi klasik yang dijalankan pada Fugaku (salah satu superkomputer paling berkuasa di dunia, melalui RIKEN) dan kaedah daripada BlueQubit tidak dapat bersetuju secara konsisten pada skala yang dicapai oleh eksperimen kuantum, manakala keputusan kuantum yang dimitigasi ralat kekal konsisten .

Cara mereka mengesahkan jawapan: Strategi tiga lapisan: (1) mitigasi ralat tidak berat sebelah ditanda aras terhadap pengiraan klasik pada skala yang lebih kecil di mana kaedah klasik masih boleh dipercayai; (2) kemudian pendekatan mitigasi berskala diperluaskan kepada saiz yang lebih besar; dan (3) pengesahan silang platform bebas pada sistem ion terperangkap Quantinuum mengesahkan bahawa fizik yang diperhatikan tidak khusus untuk perkakasan IBM .

Jemputan komuniti: Litar dan keputusan kuantum telah dikeluarkan secara umum di Quantum Advantage Tracker sebelum pracetak arXiv .

Tema Silang

Quantum Advantage Tracker

Ketiga-tiga pasukan menerbitkan masalah dan keputusan mereka di Quantum Advantage Tracker sumber terbuka IBM — platform komuniti pertama seumpamanya untuk membandingkan kaedah kuantum dan klasik secara sistematik dalam masa nyata . Mana-mana kumpulan penyelidikan boleh cuba menyangkal tuntutan kuantum dengan algoritma klasik yang lebih baik, dan penjejak akan menunjukkan perbandingan secara terbuka .

Masalah Pengesahan Amanah

Kritikan berterusan terhadap tuntutan ketuanan kuantum yang lebih awal (seperti eksperimen Sycamore Google 2019) adalah bahawa output kuantum tidak boleh disahkan secara bebas. Sumbangan utama IBM merentas ketiga-tiga kertas kerja adalah metodologi untuk membina kepercayaan dalam keputusan kuantum walaupun pengesahan klasik mustahil: pemeriksaan kestabilan manipulasi hingar, pembinaan litar pengesan ralat, dan pengesahan silang platform pada perkakasan yang berbeza .

Jalan Ke Hadapan

Jay Gambetta, Pengarah Penyelidikan IBM, menyatakan: "Komputer kuantum telah mencapai tahap di mana mereka boleh menunjukkan bukti kriteria asas untuk kelebihan: mereka boleh mengatasi kaedah klasik terkemuka, dan mereka secara serentak boleh menghasilkan keputusan yang boleh kita percayai" . Pada Jun 2026, IBM telah komited lebih daripada $10 bilion untuk hala tuju kuantumnya, menyasarkan komputer kuantum toleran kesalahan (IBM Quantum Starling) menjelang 2029 .