Oxford-forskere slår kvantefeil ned til rekordlavt

Et økende interesse for kvanteteknologi har gjort at markedet overstiger 1 milliard dollar og forventes å være verdsatt til over $170 milliarder innen 2040. Ifølge McKinsey kan kvanteteknologi skape verdier til flere billioner dollar innen de neste ti årene. 

I kvanteteknologiens økosystem har kvantecomputing i særlig stor potensial. Det involverer bruk av kvantemekanikk, som enkelt sett omhandler atferd av materie og energi på atom- og subatomnivå, for å løse komplekse problemer. 

Kvantecomputing forventes å ha en dyptgående innvirkning på ulike felt, inkludert teknologi, forskning, vitenskap, finans og økonomi.

I motsetning til klassiske datamaskiner, som våre bærbare datamaskiner, som lagrer og prosesserer informasjon i biter med hver enkelt som en null eller en en, er den grunnleggende enheten i kvantecomputing en qubit. En kvantebrikke består av mange kvante-biter, eller qubits, som vanligvis er subatomære partikler som elektroner eller fotoner, manipulert og kontrollert av spesialdesignede elektriske og magnetiske felt.

Qubitene kan være i en tilstand av null, en eller en kombinasjon av begge. Kombinasjonen, kalt en “superposisjonstilstand”, er en distinkt egenskap som tillater kvantecomputere å lagre og prosessere ekstremt store datamengder mye raskere enn selv de kraftigste klassiske datamaskinene.

Nå finnes det mange forskjellige måter å lage disse qubitene, som å bruke halvledere, fotonikk, superledende enheter og andre tilnærminger.

Kvaliteten på qubitene er av stor betydning her. Men de er følsomme for feil eller støy, som er uønskede forstyrrelser som kan komme fra mange kilder. Disse kildene kunne inkludere endringer i temperatur, feil i produksjonsprosessen og interaksjoner med qubitens miljø, blant andre.

Disse feilene reduserer en qubits pålitelighet, som er kjent som trofasthet. En qubit med høy trofasthet er essensiell for en kvantebrikke for å utføre komplekse oppgaver.

Å gjøre kvantepålitelighet til virkelighet

Over de siste få tiårene har forskere arbeidet med logiske qubits, som refererer til qubits kodet ved hjelp av en samling av fysiske qubits for å beskytte mot feil. Mens fysiske qubits representerer den faktiske kvantehardwaren, er en logisk qubit en abstraksjon som imiterer en feiltolerant qubit.

Store kvantebrikke-utviklere har skiftet fokus til logiske qubits og gjør betydelig fremgang på kvantefeilkorreksjoner.

For eksempel, i desember 2024, Google (GOOG )  avduket sin kvantebrikke kalt Willow. Denne nye brikken, basert på superledende qubits, har blitt hyllet som et større gjennombrudd i feltet kvantecomputing, selv om den for tiden ikke har noen virkelige anvendelser.

Vanligvis, jo flere qubits som brukes, jo flere feil oppstår, og systemet blir klassisk. Men Google demonstrerte¹ at jo flere qubits de brukte i Willow, jo færre feil de reduserte, og jo mer kvantisk systemet ble. 

Teknologigiganten var i stand til å redusere feil “eksponentielt” ved å skalerer opp antallet qubits, sa Hartmut Neven, grunnlegger av Google Quantum AI. Dette “knuser en nøkkelutfordring i kvantefeilkorreksjon som feltet har forfulgt i nesten 30 år”, la han til.

For å måle Willows ytelse, brukte Google standarden for tilfeldig ruteprøving (RCS). Deres kvantebrikke utførte en beregning på mindre enn fem minutter som ville tatt en superdatamaskin 10 septillioner år.

I februar i år, Microsoft (MSFT ) også avduket verdens første kvanteprosessor drevet av topologiske qubits. Majorana 1 er designet for å skalerer til en million qubits på en enkelt brikke. Med denne prestasjonen, sa teknologigiganten at det er på vei til å bygge en prototype av en skalerbar, feiltolerant kvantecomputer i bare noen få år.

Basis for Majorana 1 er gjennombruddet gjort av teamet, spesielt topoconductor, en klasse av materialer som muliggjorde opprettelsen av topologisk superledning. Dette er resultatet av å fabrikkere en enhet som kombinerer aluminium (en superleder) og indiumarsenid (en halvleder).

Når denne enheten kjøles ned til nesten null og deretter justeres med magnetiske felt, danner den topologisk superledende nanotråder, med endene av trådene som inneholder Majorana Zero Modes (MZMs) som tjener som byggesteinene for deres qubits.

For å låse opp kvantens løfte, har teamet allerede plassert åtte topologiske qubits på en brikke designet for å huset en million.

Selv Amazon har annonsert sin kvantebrikke kalt ‘Ocelot’ som bruker en skalerbar arkitektur for å redusere feilkorreksjon med opptil 90%. 

Brikken består av to integrerte silisiummikrochip, hver med et areal på omtrent en kvadratcentimeter, koblet sammen i en elektrisk koblet chip-stakk. Hver mikrochips overflate har tynne lag av superledende materialer, som danner kvantekretsene.

Det er totalt 14 hovedelementer som utgjør Ocelot-brikken, inkludert fem dataqubits (kattqubits), fem til å stabilisere dataqubitene og fire flere qubits for å detektere feil på dataqubitene.

Kattqubitene lagrer kvantetilstander, som de avhenger av oscillerende, som er laget av en tynn film av Tantal og produserer jevnt en repetitiv elektrisk signal. 

“Med de seneste fremgangene i kvanteforskning, er det ikke lenger et spørsmål om hvis, men når praktiske, feiltolerante kvantecomputere vil være tilgjengelige for virkelige anvendelser. Ocelot er et viktig skritt på denne reisen.”

– Oskar Painter, AWS-direktør for kvantehardware.

Ocelot-arkitekturen antas å akselerere deres “tidslinje for en praktisk kvantecomputer med opptil fem år.”

Kappløpet mot feiltolerante kvantesystemer

Forbedring av kvanteberegningens nøyaktighet er fokus for selskaper og forskere over hele verden, og betydelige skritt er tatt her.

For bare noen år siden, viste MIT-forskere en ny superledende qubit-ramme som kunne utføre operasjoner mellom qubits med stor nøyaktighet. Den nye typen superledende qubit er fluxonium, som kan ha en levetid, eller kohærens-tid, mye lenger enn vanlig brukte.

Kohærens-tid er en måling av hvor lenge en qubit kan utføre operasjoner før all informasjon i qubitene går tapt.

“Jo lenger en qubit lever, jo høyere trofasthet operasjonene den fremmer.”

– Hovedforfatter, Leon Ding

Arkitekturen, imidlertid, involverte en spesiell koblingsenhet mellom to fluxonium-qubits, som muliggjorde at de kunne utføre logiske operasjoner, kjent som porter, med høy nøyaktighet. Den undertrykker bakgrunnsstøy som kan føre til feil i kvanteberegninger.

Nøyaktigheten av to-qubit-porter oversteg 99,9% mens enkelt-qubit-porter hadde 99,99%. Arkitekturen, imidlertid, ble implementert på en brikke ved hjelp av en utvidbar fabrikasjonsprosess.

“Bygging av en stor kvantecomputer starter med robuste qubits og porter,” og studien viste en svært løftende to-qubit-system, sa Ding. Fluxonium-qubitene oppnådde kohærens-tider på over en millisekund. Deres neste skritt har vært å øke antallet qubits.

For noen måneder siden, viste MIT-forskere også en superledende kvantekrets som oppnådde en sterk ikke-lineær kobling mellom fotoner (mikrobølge-lys) og kunstige atomer (qubits). Den kunne muliggjøre lesing og prosessering av kvantinformasjon på noen få nanosekunder.

For dette, brukte forskerne en unik superledende krets-ramme for å vise ikke-lineær lys-materie-kobling, som er betydelig sterkere enn tidligere observert og kan muliggjøre at en kvanteprosessor kan operere opptil 10 ganger raskere.

Ifølge hovedforfatter Yufeng “Bright” Ye:

“Dette ville virkelig eliminere en av flaskeneckene i kvantecomputing. Vanligvis må du måle resultatene av dine beregninger mellom runder av feilkorreksjon. Dette kunne akselerere hvor raskt vi kan nå feiltolerant kvantecomputing-stadiet og få virkelige anvendelser og verdi ut av våre kvantecomputere.”

Forskere oppfant en ny type kvantekobler for å muliggjøre interaksjoner mellom qubits. Quart-coblingen er en spesiell type superledende krets som kan generere ekstremt sterke ikke-lineære koblinger, og ved å mata mer strøm inn i den, skaper koblingen en enda sterkere ikke-lineær interaksjon. Ye forklarte:

“De fleste nyttige interaksjonene i kvantecomputing kommer fra ikke-lineær kobling av lys og materie. Hvis du kan få en mer fleksibel rekke av forskjellige typer koblinger, og øke koblingsstyrken, kan du essensielt øke prosesseringshastigheten til kvantecomputeren.” 

Med dette arbeidet, håper forskerne at andre vil kunne bygge en feiltolerant kvantecomputer for praktisk, stor skala kvanteberegning.

Innovasjoner fra SQMS Nanofabrication Taskforce, imidlertid, har oppnådd² kohærens-tider på opptil 0,6 millisekunder, som var resultatet av optimalisert qubit-design og forbedret lesing-resonatorer, begge som forbedret stabiliteten og kohærensen. 

Dette samarbeidet mellom National Institute of Standards and Technology (NIST), Fermilabs Superconducting Quantum Materials and Systems (SQMS) Center, og flere andre regjerings-, universitets- og industripartnere, har til hensikt å bringe kvanteforskning nærmere virkeligheten. 

Midt i alle disse initiativene for å bygge skalerbare, feiltolerante kvantecomputere, har fysikere ved University of Oxford satt en ny verdensrekord for qubit-operasjonsnøyaktighet.

Å sette en ny global standard for kvantenøyaktighet

Den nye studien, publisert i Physical Review Letters³, viser at Oxford-fysikere har oppnådd en feilrate på bare 0,000015% for en enkelt kvantelogisk operasjon. 

Dette betyr en feil på en av 6,7 millioner operasjoner, som er en ny rekord for qubit-operasjonsnøyaktighet og et stort skritt mot å ha mer robuste og nyttige kvantecomputere for å løse svært komplekse problemer med færre fysiske qubits og reduserte infrastrukturkrav.

“Så langt vi er klar over, er dette den mest nøyaktige qubit-operasjonen som noensinne er registrert noen steder i verden. Det er et viktig skritt mot å bygge praktiske kvantecomputere som kan løse virkelige problemer.” 

– Studiens medforfatter, professor David Lucas, Fysikkavdelingen, University of Oxford

Hva er interessant, er at dette gjennombruddet bryter den tidligere rekorden som ble satt av samme team. Den nye rekorden er omtrent syv ganger mer nøyaktig enn deres tidligere.

For bare over ett tiår siden, implementerte⁴ teamet alle enkelt-qubit-operasjoner med trofastheter langt over minimumsgrensen nødvendig for feiltolerant kvantecomputing, ved hjelp av en fanget ion-qubit som ble lagret i hyperfin “atomur”-tilstander. Da var deres enkelt-qubit-feilrate 1 på 1 million. 

Dette ledet til lanseringen av spin-out-selskapet kalt Oxford Ionics i 2019, som har blitt en ledende leverandør av høy-ytelses, fanget ion-qubit-plattformer. I mai 2025, presenterte de en utviklingsplan for å nå bred kommersiell verdi innen de neste tre årene og levere 1 million qubit-enheter. For bare noen uker siden, inngikk Oxford Ionics en avtale med IonQ (IONQ ) for å kjøpe dem for 1,075 milliarder dollar.

Nå har samme team oppnådd et nytt milepæl i å redusere sannsynligheten for kvantelogiske porter som gjør feil.

Utføring av nyttige beregninger på en kvantecomputer krever millioner av operasjoner som må kjøres over mange qubits. Men denne størrelsen betyr at en høy feilrate kan gjøre det endelige resultatet meningsløst og nytteløst.

Korreksjon av feil kan fikse feilen, men det krever enda flere qubits. Så, ved å redusere feilen, reduserer den nye studien antallet qubits som trengs, som deretter bringer ned størrelsen og kostnaden av kvantecomputeren.

“Ved å dramatisk redusere sjansen for feil, reduserer dette arbeidet betydelig infrastrukturen som kreves for feilkorreksjon, åpner veien for fremtidige kvantecomputere å være mindre, raskere og mer effektive. Presis kontroll over qubits vil også være nyttig for andre kvanteteknologier som klokker og kvantsensore, ”sa studiens medforfatter, Molly Smith, som er en doktorgradsstudent ved Oxford.

For å oppnå det utenkelige nivået av nøyaktighet, brukte fysikerne en fanget kalsium-ion som kvantebit eller qubit.

Kalsium-ioner brukes vanligvis til å lagre kvantinformasjon på grunn av deres lange kohærens-tider og høye trofasthet i kvanteberegninger. De er også svært robuste og enkle å manipulere med laser.

Oxford-teamet, imidlertid, brukte ikke den konvensjonelle laser-tilnærmingen; i stedet brukte de elektroniske (mikrobølge-) signal for å kontrollere kvantetilstanden til kalsium-ionene.

Med denne teknikken, var de i stand til å ha større stabilitet enn hva laser-kontroll kunne tilby. Men det er ikke alt. I sammenligning med laser, er elektronisk kontroll billigere og mer robust. Det er også enklere å integrere i ion-fangst-brikker. 

I tillegg, ble eksperimentet utført uten magnetisk skjerming og ved romtemperatur, noe som forenkler de tekniske kravene for en fungerende kvantecomputer.

Så, teamet var i stand til å redusere feilen med nesten en orden av størrelse denne gangen gjennom bedre kontroll over mikrobølge-amplitude og -avstimming med automatiserte kalibreringsprosedyrer. I tillegg bidro redusert eksitasjon av tilskuer-overganger gjennom større Zeeman-splitninger, samt bruk av pulss-forming, til dette. 

Rekord-nøyaktigheten er en enorm prestasjon; imidlertid, er det bare en del av en større utfordring. Som teamet noterte, krever kvantecomputing både enkelt- og to-qubit-porter som fungerer sammen, og to-qubit-porter lider fortsatt av høye feilrater.

For tiden, er den beste feilraten omtrent 1 på 2000, så for å bygge en fullstendig feiltolerant kvantemaskin, må teamet bringe dette tallet ned.

Høy-trofasthet enkelt-qubit-operasjoner har fortsatt mange anvendelser både i kvantinformasjon og utenfor, inkludert beskyttelse av “idle” qubits via dynamisk dekobling, i kvantsensor-anvendelser og kompositt-pulss-sekvenser for å adresse enkelt-qubits og kompensere for feil.

Investering i kvantecomputing

International Business Machines Corporation (IBM ), som er kjent for sine hybrid-sky og AI-plattformer og konsulent- og infrastruktur-tjenester, har utforsket kvanteteknologi siden 1970-årene. I 2016, lanserte de IBM Quantum Experience, som plasserte den første kvanteprosessoren på skyen, og gjorde den tilgjengelig for alle.

IBM (IBM ) 

Over årene, fortsatte IBM sin forskning i feltet, og for noen uker siden, annonserte de planer om å ha en praktisk kvantecomputer klar i 2029.

Kalt “Starling”, den feiltolerante kvantecomputeren med 200 logiske qubits, skal bygges på et datasenter som er under konstruksjon i Poughkeepsie, New York.

Ifølge rapporter, har teamet utviklet en ny algoritme som betydelig reduserer antallet qubits nødvendig for feilkorreksjon. Jay Gambetta, som er ansvarlig for IBMs kvant-initiativ, sa følgende i et intervju:

“Vi har besvart disse vitenskapelige spørsmålene. Du trenger ikke et mirakel nå. Nå trenger du en stor utfordring i ingeniørarbeid. Det er ingen gjenoppfinnelse av verktøy eller noe slikt.”

Nå, hvis vi ser på markedsværdien på 257,64 milliarder dollar, er IBMs markedstjeneste, og aksjene deres handles for tiden til 278, opp 26,11% siden årsskiftet. IBMs aksjer nådde faktisk et rekordhøyt nivå (ATH) på 281,75 for bare noen uker siden.

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

Når det gjelder IBMs finansielle resultater, rapporterte de en omsetning på 14,5 milliarder dollar for første kvartal 2025. GAAP Brutto-margen under denne perioden var 55,2% mens non-GAAP driftsresultat-margen var 56,6%. Deres GAAP for-skatt-margen, imidlertid, var 8%, og non-GAAP driftsmarginen var 12%.

“Vi overgikk forventningene for omsetning, lønnsomhet og fri kontantstrøm i kvartalen, ledet av styrke over hele vårt programvare-portefølje. Det er fortsatt en sterk etterspørsel etter generativ AI og vår ordrebeholdning står på over 6 milliarder dollar, opp over 1 milliard dollar i kvartalen.” 

– CEO Arvind Krishna

I første kvartal i år, kom netto kontantstrøm fra driftsaktiviteter på 4,4 milliarder dollar, mens fri kontantstrøm var 2 milliarder dollar. IBM avsluttet kvartalen med 17,6 milliarder dollar i kontanter, begrensede kontanter og markedsverdipapirer.

Sterk likviditetsposisjon og solid fri kontantstrøm, tillot selskapet å returnere 1,5 milliarder dollar til aksjonærer i utbytte. De investerte også 7,1 milliarder dollar i oppkjøp, som inkluderte kjøpet av HashiCorp. Ifølge Krishna:

“Vi forblir optimistiske om langsiktige vekstmuligheter for teknologi og den globale økonomien.” 

Siste nyheter og utviklinger for International Business Machines Corporation (IBM)

Konklusjon: Neste skritt mot kvantevirkelighet

Fra forskere til selskaper og regjeringer, alle er aktivt og dypt engasjert i å gjøre kvantecomputere til virkelighet. De siste gjennombruddene fra Oxford-teamet og teknologigigantene er dramatisk forbedring av qubit-trofasthet og gjør feilkorreksjon mer effektiv, noe betyr at det neste kvant-skallet kanskje ikke lenger er tiår unna, og praktiske kvantemaskiner er uunngåelige!

Klikk her for en liste over topp kvantecomputing-selskaper.

Studier referert til:

^{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}