「量子效用」以上「量子優勢」未滿！IBM Eagle 量子電腦複雜計算測試完敗傳統超級電腦

IBM 在《自然》期刊發表論文，展現了量子運算的新突破。他們首次透過自家 127 量子位元的 Eagle 量子電腦成功解決了一個難倒傳統超級電腦的複雜問題。事實證明即使充滿雜訊的量子電腦也能產生比傳統電腦暴力破解算力更精準的結果。雖然尚未達到「量子優勢」（Quantum Advantage）的程度，但 IBM 自稱已實現所謂的「量子效用」（Quantum Utility），進而為量子電腦的實用性邁開了重要的一大步。

IBM 透過量子運算成功解決了目前超級電腦逼近法（pproximation method）所無法處理的複雜問題，進而加速了不同學科科學家得以利用量子系統解決過往棘手之化學、材料科學、AI等領域難題的進程。

拜全新先進錯誤緩解技術之賜，IBM 量子系統能解決傳統電腦難以解決的問題

IBM 研究團隊首先將所搭配易出錯誤的量子位元運行在比深太空更低溫的環境下，然後再透過傳統超級電腦的模擬來檢驗結果。但要讓 127 量子位元的 Eagle 量子電腦發揮解決傳統超級電腦都碰壁之難題的價值，必須先解決兩個非常困難的問題。首先，他們必須從與生俱來就充滿雜訊且易出錯誤的量子電腦中獲得準確的結果。其次，由於當前量子電腦從未運行過這麼大的模型，那麼要怎麼知道結果是正確的？

針對雜訊問題，IBM 透過錯誤緩解（error mitigation）技術加以解決。但基本上，想要糾正量子運算中的錯誤，目前為止仍不可行。傳統電腦受到宇宙粒子撞擊時，其「0」變成「1」的機率是 10 的 -27 次方，雖然機率接近零，但傳統電腦仍會透過循環冗餘碼（Cyclical Redundancy Codes）對這些錯誤進行偵測與校正。同樣的情形發生在量子電腦上，其「0」變成「1」的機率會增加 100 兆倍，達到 10 的 -4 次方，這迫使人們不得不投入大部分量子電腦算力來發現並糾正錯誤。

為了解決前述提到的第一個難題，IBM 採用零雜訊外推法（Zero Noise Extrapolation）將雜訊加大 20% 及 60%，然後外推回無雜訊下的期望值，進而降低偏差。IBM 表示他們之所以能夠做到這點，是因為他們已打造出空前規模與品質的量子系統，並開發了能在這樣規模量子系統上操控雜訊的能力所致。

為了解決前述第二個難題，IBM 延攬了加州大學柏克萊分校的頂尖傳統計算方法專家助陣。該研究團隊同時在勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Lab）及普渡大學（Purdue University）的傳統超級電腦上執行複雜問題。結果在處理較低等級的複雜性問題上，量子電腦的計算結果與傳統超級電腦透過暴力破解式模擬得出的精確答案相一致。但隨著模型難度的增加，傳統超級電腦開始顯露疲態，最終證明，該模型對於暴力破解法而言太過困難了。但 IBM 量子系統因拜全新先進錯誤緩解技術之賜，因而具備提供更準確答案的能耐。

雖然目前該研究仍未達到所謂「量子優勢」（亦即量子霸權）的境界，亦即量子系統能解決任何傳統計算都無法解決的難題。但 IBM 認為已進展到所謂的「量子效用」階段，隨著軟硬體技術的不斷突破，量子系統可用來驗證傳統計算結果，並解決傳統電腦難以解決的問題。