Oxford-forskere sænker kvantefejl til rekordlavt niveau

En voksende interesse for kvanteteknologi har fået markedets størrelse til at overstige $1 milliarder og forventes at blive vurderet til mere end $170 milliarder inden 2040. Ifølge McKinsey kan kvanteteknologi skabe billioner af dollars i værdi inden for det næste årti. 

I kvanteteknologiets økosystem har kvantecomputing i særdeleshed stort potentiale. Det involverer brugen af kvantemekanik, som simpelthen beskæftiger sig med materiens og energiens opførsel på atom- og subatomart niveau, for at løse komplekse problemer. 

Det forventes, at kvantecomputing vil have en dybtgående indvirkning på forskellige områder, herunder teknologi, forskning, videnskab, finans og økonomi.

I modsætning til klassiske computere, såsom vores bærbare, som gemmer og behandler information i bits, hvor hver bit er enten nul eller en, er den grundlæggende enhed i kvantecomputing en qubit. En kvantechip er sammensat af mange kvantebits, eller qubits, som typisk er subatomare partikler såsom elektroner eller fotoner, manipuleret og kontrolleret af specielt designede elektriske og magnetiske felter.

Qubits kan være i en nul‑tilstand, en en‑tilstand eller en kombination af begge. Kombinationen, kaldet en “superpositions‑tilstand”, er en særskilt egenskab, der gør det muligt for kvantecomputere at gemme og behandle ekstremt store datasæt meget hurtigere end selv de mest kraftfulde klassiske computere.

Der findes i dag mange forskellige måder at fremstille disse qubits på, såsom ved brug af halvledere, fotonik, superledende enheder og andre tilgange.

Kvaliteten af qubits er af stor betydning her. De er dog følsomme over for fejl eller støj, som er uønskede forstyrrelser, der kan komme fra mange kilder. Sådanne kilder kan inkludere temperaturændringer, ufuldkommenheder i fremstillingsprocessen og interaktioner med qubit‑ens omgivelser, blandt andre.

Disse fejl reducerer en qubits pålidelighed, kendt som fidelitet. En qubit med høj fidelitet er afgørende for en kvantechip til at udføre komplekse opgaver.

Gør kvantepålidelighed til virkelighed

I løbet af de sidste par årtier har forskere arbejdet på logiske qubits, som refererer til qubits kodet ved hjælp af en samling af fysiske qubits for at beskytte mod fejl. Mens fysiske qubits repræsenterer den faktiske kvantehardware, er en logisk qubit en abstraktion, der efterligner en fejl‑tolerant qubit.

De største udviklere af kvantechips har skiftet fokus til logiske qubits og gør betydelige fremskridt inden for kvantefejlkorrektion.

For eksempel i december 2024 Google (GOOG )  afslørede sin kvantechip kaldet Willow. Denne nye chip, baseret på superledende qubits, er blevet hyldet som et stort gennembrud inden for kvantecomputing, selvom den i øjeblikket ikke har nogen anvendelser i den virkelige verden.

Typisk, jo flere qubits der anvendes, jo flere fejl opstår, og systemet bliver klassisk. Men Google demonstrerede¹ at jo flere qubits de brugte i Willow, jo færre fejl de reducerede, og jo mere kvantemæssigt systemet blev. 

Tech‑giganten formåede at reducere fejl “eksponentielt” ved at skalere antallet af qubits, sagde Hartmut Neven, grundlægger af Google Quantum AI. Dette “knækker en nøgleudfordring i kvantefejlkorrektion, som feltet har forfulgt i næsten 30 år,” tilføjede han.

For at måle Willows ydeevne brugte Google standarden random circuit sampling (RCS). Dens kvantechip udførte en beregning på under fem minutter, som en supercomputer ville have brugt 10 septillion år på.

I februar i år Microsoft (MSFT ) også afslørede verdens første kvanteprocessor drevet af topologiske qubits. Majorana 1 er designet til at skalere til en million qubits på en enkelt chip. Med denne præstation sagde teknologigiganten, at de er på vej til at bygge en prototype af en skalerbar, fejl‑tolerant kvantecomputer inden for blot få år.

Grundlaget for Majorana 1 er gennembruddet gjort af teamet, specifikt topokonduktoren, en klasse af materialer der muliggør skabelsen af topologisk superledning. Dette er resultatet af fremstilling af en enhed, der kombinerer aluminium (en superleder) og indiumarsenid (et halvledermateriale).

Når denne enhed køles ned til næsten nul og derefter justeres med magnetfelter, danner den topologiske superledende nanotråde, hvor enderne af trådene indeholder Majorana Zero Modes (MZMs), som udgør byggestenene i deres qubits.

For at låse op for kvantens løfte har teamet allerede placeret otte topologiske qubits på en chip designet til at rumme en million.

Selv Amazon (AMZN ) har annonceret sin kvantechip kaldet ‘Ocelot’, som bruger en skalerbar arkitektur til at reducere fejlkorrektion med op til 90 %. 

Chippen består af to integrerede silicium‑mikrochips, hver med et område på cirka en kvadratcentimeter, limet oven på hinanden i en elektrisk forbundet chip‑stak. Overfladen på hver mikrochip har tynde lag af superledende materialer, som danner de kvante‑kredselementer.

Der er i alt 14 hovedkomponenter i Ocelot‑chippen, herunder fem datakvbits (kat‑kvbits), yderligere fem til at stabilisere datakvbits, og fire ekstra kvbits til at opdage fejl på datakvbits.

Kat‑kvbits lagrer de kvante‑tilstande, for hvilke de er afhængige af oscillatorer, som er lavet af en tynd film af Tantal og jævnt producerer et gentaget elektrisk signal. 

“Med de seneste fremskridt inden for kvanteforskning er det ikke længere et spørgsmål om ‘hvis’, men ‘hvornår’ praktiske, fejl‑tolerante kvantecomputere vil være tilgængelige for virkelige anvendelser. Ocelot er et vigtigt skridt på den rejse.”

– Oskar Painter, AWS‑direktør for kvantehardware.

Ocelot‑arkitekturen menes at kunne accelerere deres “tidslinje til en praktisk kvantecomputer” med op til fem år.

Kapløbet mod fejl‑tolerante kvantesystemer

Forbedring af nøjagtigheden af kvanteberegninger er fokus for både virksomheder og forskere verden over, og betydelige fremskridt er gjort på dette område.

For blot et par år siden demonstrerede forskere fra MIT præsenterede en ny superledende qubit‑ramme, der kan udføre operationer mellem qubits med stor nøjagtighed. Den nye type superledende qubit er fluxonium, som kan have en levetid, eller kohærens‑tider, meget længere end de almindeligt anvendte.

Kohærens‑tid er et mål for, hvor længe en qubit kan udføre operationer, før al information i qubiten går tabt.

“Jo længere en qubit lever, jo højere er den fidelitet de operationer, den fremmer.”

– Hovedforfatter, Leon Ding

Arkitekturen omfattede imidlertid et specielt koblings‑element mellem to fluxonium‑qubits, som gjorde dem i stand til at udføre logiske operationer, kendt som porte, med høj nøjagtighed. Den undertrykker baggrundsstøj, som kan introducere fejl i kvanteoperationer.

Nøjagtigheden af to‑qubit‑porte oversteg 99,9 % mens enkelt‑qubit‑porte nåede 99,99 %. Arkitekturen blev implementeret på en chip ved hjælp af en udvidelig fremstillingsproces.

“At bygge en kvantecomputer i stor skala starter med robuste qubits og porte,” og undersøgelsen viste et meget lovende to‑qubit‑system, udtalte Ding. Fluxonium‑qubits opnåede kohærens‑tider på mere end et millisekund. Deres næste skridt har været at øge antallet af qubits.

For et par måneder siden afslørede MIT‑forskerne også en ny superledende kvante‑circuit, som opnåede en stærk ikke‑lineær kobling mellem fotoner (mikrobølgelys) og kunstige atomer (qubits). Det kunne muliggøre læsning og behandling af kvanteinformation på få nanosekunder.

Til dette brugte forskerne en unik superledende circuit‑ramme for at demonstrere ikke‑lineær lys‑materie‑kobling, som er betydeligt stærkere end tidligere observeret og kan gøre det muligt for en kvanteprocessor at operere op til 10 gange hurtigere.

Ifølge hovedforfatter Yufeng “Bright” Ye:

“Dette vil virkelig fjerne en af flaskehalsene i kvantecomputing. Normalt skal du måle resultaterne af dine beregninger mellem runder af fejlkorrektion. Dette kunne accelerere, hvor hurtigt vi kan nå den fejl‑tolerante kvantecomputing‑fase og kunne få reelle anvendelser og værdi ud af vores kvantecomputere.”

Bemærkelsesværdigt har Ye opfundet en ny type kvante‑kobler til at lette interaktioner mellem qubits. Quarton‑kobleren er en speciel slags superledende circuit, som kan generere ekstremt stærk ikke‑lineær kobling, og ved at tilføre mere strøm til den, skaber kobleren en endnu stærkere ikke‑lineær interaktion. Ye forklarede:

“De fleste nyttige interaktioner i kvantecomputing kommer fra ikke‑lineær kobling af lys og materie. Hvis du kan få et mere alsidigt udvalg af forskellige typer kobling, og øge koblingsstyrken, kan du i bund og grund øge behandlingshastigheden i kvantecomputeren.” 

Med dette arbejde håber forskerne, at andre vil kunne bygge en fejl‑tolerant kvantecomputer til praktisk, stor‑skala kvanteberegning.

Innovationer fra SQMS Nanofabrication Taskforce har opnået² kohærens‑tider på op til 0,6 millisekunder, som resultat af optimeret qubit‑design og forbedrede læse‑resonatorer, som begge forbedrede stabiliteten og kohærensen. 

Dette samarbejde mellem National Institute of Standards and Technology (NIST), Fermilabs Superconducting Quantum Materials and Systems (SQMS) Center, og flere andre regerings‑, universitets‑ og industripartnere har til formål at bringe kvanteforskning tættere på virkeligheden. 

Midt i alle disse initiativer for at bygge skalerbare, fejl‑tolerante kvantecomputere har fysikere ved University of Oxford sat en ny verdensrekord for qubit‑driftsnøjagtighed.

Sætter en ny global benchmark for kvantepræcision

Den nye undersøgelse, publiceret i Physical Review Letters³, viser at Oxford‑fysikere har opnået en fejlrate på kun 0,000015 % for en enkelt kvante‑logik‑operation. 

Det betyder én fejl i 6,7 millioner operationer, hvilket er en ny rekord for qubit‑driftsnøjagtighed og et stort skridt mod mere robuste og brugbare kvantecomputere, der kan tackle højt komplekse problemer med færre fysiske qubits og reducerede infrastrukturkrav.

“Så vidt vi ved, er dette den mest præcise qubit‑operation nogensinde registreret i verden. Det er et vigtigt skridt mod at bygge praktiske kvantecomputere, som kan tackle virkelige problemer.” 

– Undersøgelsens medforfatter, professor David Lucas, Department of Physics, University of Oxford

Det interessante er, at dette gennembrud slår den tidligere rekord, som blev sat af det samme team. Den nye rekord er omkring syv gange mere præcis end deres tidligere.

For lidt over et årti siden implementerede⁴ alle enkelt‑qubit‑operationer med fideliteter langt over den minimale tærskel, der kræves for fejl‑tolerant kvantecomputing, ved brug af en fanget‑ion‑qubit lagret i hyperfine “atom‑ur”‑tilstande. På det tidspunkt var deres enkelt‑qubit‑fejlrate 1 ud af 1 million. 

Denne succes førte til lanceringen af spin‑out‑virksomheden Oxford Ionics i 2019, som er blevet en leder inden for høj‑ydeevne fanget‑ion‑qubit‑platforme. I maj 2025 skitserede tre kort‑sigtede udviklingsfaser: ‘Foundation’, ‘Enterprise‑grade’, og ‘Value at scale’, for at opnå bred kommerciel værdi inden for de næste 3 år og levere 1 million‑qubit‑enheder. For kun en uge siden indgik Oxford Ionics en aftale med IonQ (IONQ ) om at erhverve den for $1,075 milliarder.

Nu har det samme team opnået en ny milepæl i at reducere sandsynligheden for, at kvante‑logik‑porte laver fejl.

At udføre nyttige beregninger på en kvantecomputer kræver millioner af operationer på tværs af mange qubits. Men denne skala betyder, at en høj fejlrate kan gøre det endelige resultat meningsløst og værdiløst.

At korrigere fejlen kan rette fejlen, men det kræver endnu flere qubits. Så ved at reducere fejlen reducerer den nye undersøgelse antallet af nødvendige qubits, hvilket igen sænker størrelsen og omkostningerne ved kvantecomputeren.

“Ved drastisk at reducere sandsynligheden for fejl, reducerer dette arbejde betydeligt den infrastruktur, der kræves til fejlkorrektion, og baner vejen for fremtidige kvantecomputere, så de kan blive mindre, hurtigere og mere effektive. Præcis kontrol af qubits vil også være nyttig for andre kvanteteknologier såsom ure og kvantesensorer,” sagde undersøgelsens med‑forfatter, Molly Smith, som er ph.d.-studerende på Oxford.

For at opnå det hidtil usete nøjagtighedsniveau brugte fysikerne en fanget calcium‑ion som kvante‑bit eller qubit.

Calcium‑ioner anvendes ofte til at gemme kvanteinformation på grund af deres lange kohærens‑tider og høje fidelitet i kvanteoperationer. De er også meget robuste og lette at manipulere med laser.

Oxford‑teamet brugte dog ikke den konventionelle laser‑metode; i stedet anvendte de elektroniske (mikrobølge) signaler til at kontrollere calcium‑ionernes kvantetilstand.

Med denne teknik opnåede de større stabilitet end hvad laser‑kontrol kunne tilbyde. Men det er ikke alt. Sammenlignet med laser er elektronisk kontrol også billigere og mere robust. Den er også lettere at integrere i ion‑fangst‑chips. 

Desuden blev eksperimentet udført uden magnetisk afskærmning og ved stuetemperatur, hvilket forenkler de tekniske krav til en fungerende kvantecomputer.

Således formåede teamet at reducere fejlen med næsten en størrelsesorden denne gang gennem bedre kontrol af mikrobølge‑amplitude og -detuning med automatiserede kalibreringsprocedurer. Derudover bidrog reduceret eksitering af “spectator”‑overgange via større Zeeman‑splittelser samt brug af pulsspredning til dette.

Den rekord‑brydende præcision er en enorm præstation; men den er kun en del af en større udfordring. Som teamet påpegede, kræver kvantecomputing både enkelt‑ og to‑qubit‑porte, og to‑qubit‑porte lider stadig under høje fejlrater.

I øjeblikket er den bedste fejlrate omkring 1 ud af 2000, så for at bygge en fuldt fejl‑tolerant kvante­maskine skal teamet bringe dette tal ned.

Høj‑fidelitets‑enkelt‑qubit‑operationer har stadig mange anvendelser både inden for kvanteinformation og videre, herunder beskyttelse af ‘inaktive’ qubits via dynamisk decoupling, i kvantesensor‑applikationer, og sammensatte pulss‑sekvenser til at adressere individuelle qubits og kompensere for fejl.

Investering i kvantecomputing

International Business Machines Corporation (IBM ), som er kendt for sine hybrid cloud‑ og AI‑platforme samt konsulent‑ og infrastrukturservices, har udforsket kvanteteknologi siden 1970’erne. I 2016 lancerede den IBM Quantum Experience, som placerede den første kvanteprocessor i skyen og dermed gjorde den tilgængelig for alle.

IBM (IBM ) 

Over årene har IBM fortsat sin forskning inden for feltet, og i sidste uge annoncerede de planer om at have en praktisk kvantecomputer klar inden 2029.

Kaldet “Starling”, den fejl‑tolerante kvantecomputer med 200 logiske qubits vil blive bygget i et datacenter under konstruktion i Poughkeepsie, New York.

Ifølge rapporter har teamet udviklet en ny algoritme, der markant reducerer antallet af qubits, der kræves til fejlkorrektion. Jay Gambetta, som leder IBM’s kvanteinitiativ, sagde følgende i et interview:

“Vi har besvaret de videnskabelige spørgsmål. Du behøver ikke et mirakel nu. Du har brug for en stor ingeniør‑udfordring. Der er ingen genopfindelse af værktøjer eller lignende.”

Hvis vi ser på den $257,64 milliarder markedsværdi, viser IBM’s markedspræstation, at aktierne i øjeblikket handles til $278, op 26,11 % YTD. IBM‑aktier ramte faktisk en all‑time high (ATH) på $281,75 kun i sidste uge.

Med det er deres EPS (TTM) 5,85 og P/E (TTM) 47,42, mens udbytteafkastet er 2,42 %.

Når det gælder IBM’s finansielle forhold, rapporterede de en omsætning på $14,5 milliarder for første kvartal 2025. GAAP bruttoavancemargin i denne periode var 55,2 % mens non‑GAAP driftsmargin var 56,6 %. Deres GAAP før‑skatte‑indtjeningsmargin var 8 %, og non‑GAAP driftsmargin var 12 %.

“Vi oversteg forventningerne til omsætning, rentabilitet og fri cash‑flow i kvartalet, drevet af styrke i vores software‑portefølje. Der er fortsat stærk efterspørgsel efter generativ AI, og vores forretning udgør mere end $6 milliarder fra start til dato, op mere end $1 milliard i kvartalet.” 

– CEO Arvind Krishna

I første kvartal i år genererede driftsaktiviteter $4,4 milliarder i netto‑kontant, mens fri cash‑flow var $2 milliarder. IBM afsluttede kvartalet med $17,6 milliarder i kontanter, begrænsede kontanter og omsættelige værdipapirer.

Den stærke likviditetsposition og solide fri cash‑flow gjorde det muligt for virksomheden at returnere $1,5 milliarder til aktionærer i udbytte. De investerede også $7,1 milliarder i opkøb, herunder købet af HashiCorp. Ifølge Krishna:

“Vi forbliver bullish på de langsigtede vækstmuligheder for teknologi og den globale økonomi.” 

Seneste nyheder og udviklinger om International Business Machines Corporation (IBM) aktier

Konklusion: Næste skridt mod kvantevirkeligheden

Fra forskere til virksomheder og regeringer er alle aktivt og dybt involveret i at gøre kvantecomputere til virkelighed. De seneste gennembrud fra Oxford‑teamet og teknologigiganterne forbedrer dramatisk qubit‑fideliteten og gør fejlkorrektion mere effektiv, hvilket betyder, at det næste kvantespring måske ikke længere er årtier væk, og praktiske kvante‑maskiner bliver uundgåelige!

Klik her for en liste over de førende kvantecomputing‑virksomheder.

Studier refereret:

^{1. Google Quantum AI and Collaborators. Quantum Error Correction Below the Surface Code Threshold. Nature 2025, 638 (8016), 920–926. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y
2. Bal, M.; Crisa, F.; Murthy, A. A.; et al. SQMS Nanofabrication Taskforce: Towards Fabrication of High Coherence Superconducting Qubits. Conference, 20 september 2024. https://doi.org/10.2172/2462792
3. Smith, M. C.; Leu, A. D.; Miyanishi, K.; et al. Single-Qubit Gates with Errors at the 10⁻⁷ Level. Phys. Rev. Lett. 2025, 134, 230601. https://doi.org/10.1103/42w2-6ccy
4. Harty, T. P.; Allcock, D. T. C.; Ballance, C. J.; et al. High-Fidelity Preparation, Gates, Memory, and Readout of a Trapped-Ion Quantum Bit. Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 220501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.220501}