新聞宏觀經濟IBM與芝加哥大學以70量子位元實驗宣稱達成「可信量子優勢」

IBM與芝加哥大學以70量子位元實驗宣稱達成「可信量子優勢」

作者: Decrypt·

重點速覽

  • IBM與芝加哥大學研究人員使用新的糾錯技術編碼了70個邏輯量子位元,在約15分鐘內完成了一項IBM表示領先經典模擬方法難以實際執行的運算。
  • 該實驗將邏輯錯誤率降低至約為底層物理錯誤率的十分之一,同時執行了2,415次邏輯雙量子位元操作和468次邏輯T閘操作。
  • 研究人員開發了一種結構化驗證替代方案取代隨機電路採樣,可在運算過程中偵測錯誤,同時保持問題的數學難度。
  • IBM的Starling路線圖目標是在2029年前打造大規模容錯量子電腦,目標為約200個邏輯量子位元和1億次量子操作。
  • 破解比特幣的橢圓曲線密碼學需要數千個邏輯量子位元在容錯量子電腦上運行,遠超任何當前硬體平台已展示的能力。
IBM與芝加哥大學以70量子位元實驗宣稱達成「可信量子優勢」

IBM與芝加哥大學研究人員合作,宣布展示了其所謂的「可信量子優勢」,宣稱一台量子電腦完成了一項超越領先經典模擬方法能力的運算,同時提供了結果準確性的統計證據。

這一里程碑為克服量子運算最大障礙之一——在擴展至更大系統時可靠地糾正錯誤——的研究持續累積。雖然此進展標誌著IBM量子路線圖的又一步,但該硬體距離被認為足以威脅比特幣的水準仍相差甚遠。

量子優勢指的是量子電腦在解決實際問題時,比最佳傳統電腦更快、更便宜或更高效的任何里程碑。過去的量子優勢宣稱,包括Google在2019年廣為宣傳的53量子位元Sycamore處理器「量子霸權」實驗,都曾引發質疑:執行的任務是否真正實用,或者傳統方法最終能否複現這些結果。IBM本身也曾反駁Google 2019年的宣稱,發表論文主張相同的運算可以在傳統超級電腦上進行模擬。

「我們現在已穩固地處於量子優勢時代,」IBM研究總監暨IBM院士Jay Gambetta在聲明中表示。「這一里程碑為科學家、開發者和企業提供了新的基礎,使他們能夠信任量子電腦在擴展至遠超我們傳統運算所能達成的問題時的可靠性。」

IBM在最新公告中表示,研究人員使用一種新的糾錯技術編碼了70個邏輯量子位元,在約15分鐘內完成了一項運算,該公司表示若使用當今領先的經典模擬方法將需要不切實際的時間。該實驗執行了2,415次邏輯雙量子位元操作和468次邏輯T閘操作,同時將邏輯錯誤率降低至約為底層物理錯誤率的十分之一。

IBM還表示,該實驗解決了量子優勢展示長期以來面臨的批評:驗證問題。研究人員沒有依賴傳統的隨機電路採樣,而是開發了一種結構化替代方案,可以在運算過程中偵測錯誤,同時保持問題的數學難度。驗證問題對整個產業中量子優勢宣稱的可信度至關重要,Google、Microsoft、IonQ和Quantinuum等公司都在競相展示可靠的量子加速。

「驗證仍然是確立實驗量子優勢的最大挑戰之一,」芝加哥大學副教授Bill Fefferman表示。「這項實驗開發了技術,以更好地表徵噪聲下硬量子態的保真度,從而增加對量子電腦正在解決計算困難問題的信心。」

該公告延續了IBM在其去年六月發布的Starling路線圖中設定的多個里程碑。該路線圖目標是在2029年前打造大規模容錯量子電腦,並要求在擴展至模組化處理器之前進行經過驗證的量子優勢展示,最終目標是一個能夠運行約200個邏輯量子位元和1億次量子操作的系統。達到這一規模需要在量子位元保真度、連接性和控制系統方面取得實質性進展——這些是整個領域仍面臨開放性工程挑戰的領域。

過去一年中,IBM持續朝這些目標推進。2025年10月,研究人員展示了120量子位元的GHZ「貓態」,一個月後又推出了其120量子位元的Nighthawk處理器和實驗性Loon晶片,兩者均旨在推進容錯運算。今年早些時候,該公司擴大了公眾存取更先進的量子硬體,讓研究人員有更多時間開發演算法和糾錯技術。

對比特幣而言,最新的實驗更應被視為朝向「Q日」的漸進性技術進展,而非威脅態勢的實質性轉變。比特幣依賴橢圓曲線密碼學進行數位簽章,研究人員普遍估計,破解該網路的加密需要數千個邏輯量子位元在容錯量子電腦上運行——遠超IBM最新實驗中展示的70個邏輯量子位元。理論上可行的比特幣密碼學量子攻擊將依賴Shor演算法,但大規模執行不僅需要數千個邏輯量子位元,還需要在深層電路中持續進行糾錯——這是迄今為止沒有任何量子硬體平台已經展示的能力。