逆向運算突圍！IBM 稱量子運算可靠性取得重大突破

當今最強大的超級電腦可模擬複雜天氣模式和恆星誕生，目前量子電腦仍處於理論實踐和可操作原型發展階段，但投注大量資源研發量子運算技術的 IBM 聲稱取得了重大突破，並在科學期刊《自然》分享研究報告。

IBM 於 Twitter 表示，與柏克萊加州大學（UC Berkeley）合作，IBM 量子電腦可以產生超出當今領先經典方法所能達到的準確結果。根據 IBM 的 Jay Gambetta 的說法，「我們已經達到實用的時代」。

量子電腦是研究熱門話題，但還沒在運算時發揮作用。量子運算利用糾纏（entanglement）、疊加（superposition）等不可思議的量子特性來加速運算。例如，量子位元可以不像傳統電腦位元只能為 0 或 1，而是同時為 0 和 1，即兩個狀態同時存在。

量子電腦運算速度非常快，但問題是無法產生一致結果，也產生很多錯誤答案。Google 在 2019 年宣稱擁有量子霸權，稱數位電腦必須進行數千年運算才能完成，但後續分析顯示，如果再多點時間，傳統電腦也能做同樣效果。

也因此，IBM 主張不是速度，而是可靠性。換言之，若讓量子電腦發揮作用，必須每次都給相同答案，而 IBM 錯誤緩解技術邁出一大步。

IBM 研發團隊使用 127 量子位元的量子電腦，創建了模擬 127 個原子條形磁鐵，這個系統稱為「易辛模型」（Ising model），常用來研究磁性。在這狀況下，磁體受到量子因素影響，因此無法在經典電腦上進行準確模擬。

因此，研究人員利用量子干擾來推動結果，使其離解決方案更遠，再透過在運算中引入雜訊，使團隊了解模擬中雜訊的影響，並逆向運算來達到理想、低雜訊的結果。

IBM 團隊運行 60 萬次量子易辛模擬，找到正確配置，但驗證答案是另一個問題。由於易辛模型相當複雜，數位模擬只能預估一些參數。如果將量子結果與經典估計相比，部分配置於量子系統能顯示更高準確性；其他情況下，數值會出現分歧，但沒有既定解決方案。

這些情況下，無法確定量子解決方案是否是正確的方式，但 IBM 團隊猜想它們正確。

磁體建模只是測試量子誤差緩解的方式之一，想法是讓量子電腦解決一般問題，雖然可能還要數年時間才能實現目標，但 IBM 會持續探索。

Published today in @Nature with our collaborators at @UCBerkeley, an IBM quantum computer has shown that quantum computers can produce accurate results beyond the reach of today’s leading classical approaches.

Link: https://t.co/ZZqcWsebSn pic.twitter.com/FVWAMkALI7

— IBM (@IBM) June 14, 2023