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商傳媒|責任編輯/綜合外電報導
摘要

IBM 週四宣布其量子電腦首次實現「量子優勢」,能在 15 分鐘內完成傳統電腦難以複製的複雜運算任務,此一突破性進展預示量子計算已進入超越傳統運算的時代,儘管目前成果仍屬基準測試。

IBM 公司於週四(30日)宣布,其研發的量子電腦首度實現了「量子優勢」(quantum advantage),能在短短約 15 分鐘內完成一項可驗證的基準測試任務,而傳統電腦幾乎無法在實際時間內重現這項成果。

「量子優勢」指的是量子電腦在效率、成本或準確度方面,超越任何已知的傳統運算方式,並能產生可信賴的結果。IBM 這項重大宣稱,是基於其與芝加哥大學、Qedma Quantum Computing 以及 Algorithmiq Ltd 共同發表的三篇研究論文。

其中,芝加哥大學的實驗運用 97 個實體量子位元(physical qubits),執行涉及 70 個邏輯量子位元(logical qubits)的運算,這些邏輯量子位元旨在偵測並抑制錯誤。該電路執行了 2,415 次邏輯雙量子位元操作與 468 次 T 閘操作,透過編碼運算並捨棄未能通過內部檢查的執行,有效將閘錯誤率降低約十倍。儘管結果並非實際的科學或商業計算,而僅是運算基準測試,但其保真度下限仍達到 28.4%(95% 置信區間)。IBM 和芝加哥大學為驗證結果,從可由傳統電腦類比的電路開始,逐步增加複雜的 T 閘操作,同時保留錯誤偵測功能,使得研究人員能直接評估複雜運算的保真度。不過,這三篇論文目前仍屬預印本階段,尚未經過同儕審查,且芝加哥大學的論文指出其驗證結果仍依賴於特定機器的假設。

除了芝加哥大學的實驗,IBM 的另外兩項展示也顯示了量子優勢。Qedma Quantum Computing 透過其錯誤緩解軟體,在 IBM Heron processor 上研究二維磁模型對能量脈衝的反應,發現即使運用日本的 Fugaku 超級電腦與先進圖形處理器,傳統張量網路類比仍難以收斂,且其他傳統方法對計算捷徑高度敏感。Algorithmiq Ltd 則模擬了資訊在不同物理特性材料中的移動,在 56 個量子位元的系統中,傳統領先方法產生衝突的結果,但量子結果在不同機器和雜訊水準下仍保持一致。Algorithmiq Ltd 所模擬的問題已列於 IBM 的量子優勢追蹤器(Quantum Advantage Tracker)上達八個月,仍無法被傳統方法可靠地重現。

量子優勢的驗證過程充滿挑戰。例如,Google 在 2019 年宣稱其 53 個量子位元的 Sycamore 處理器實現量子優勢,當時預估超級電腦需 10,000 年才能完成的任務,後來 IBM 提出更好的傳統方法僅需約兩天半。BlueQubit 過去也曾估計一項任務,量子機器僅需約兩小時,而傳統電腦需 320 萬年,但之後新的傳統方法將時間縮短至數秒至一小時之間。

IBM 研究總監傑伊·甘必大(Jay Gambetta)表示:「我們現在已堅定地處於量子優勢時代。」他指出,這項成果證明了量子運算已超越傳統電腦的實際範疇。IBM 已將最新的成果提交至量子優勢追蹤器,以尋求外部驗證。IBM 也規劃在未來五年內,投入超過 100 億美元於量子運算的研究、製造、合作夥伴關係及收購。該公司近期已同意收購 HRL實驗室,這家實驗室由波音和通用汽車共同持有。IBM 下一個目標是預計於 2029 年發布的容錯量子電腦 Starling,預計將使用 200 個邏輯量子位元,並執行高達 1 億次量子操作。

然而,IBM 的股價在 7 月 14 日因發布獲利預警後,已下跌超過 25%,該預警指出客戶轉向人工智慧(AI)硬體和記憶體晶片的需求轉變。