Oxford-forskere kutter kvantefeil til rekordlavt nivå

En økende interesse for kvanteteknologi har gjort at markedet har passert $1 milliarder og forventes å være verdt mer enn $170 milliarder innen 2040. Ifølge McKinsey kan kvanteteknologi skape verdier på flere billioner dollar i løpet av det neste tiåret. 

I kvanteteknologiets økosystem har kvanteberegning spesielt et enormt potensial. Det innebærer bruk av kvantemekanikk, som ganske enkelt omhandler materiens og energiens oppførsel på atom- og subatomnivå, for å løse komplekse problemer. 

Det forventes at kvanteberegning vil ha en dyptgripende innvirkning på ulike felt, inkludert teknologi, forskning, vitenskap, finans og økonomi.

I motsetning til klassiske datamaskiner, som våre bærbare PC-er, som lagrer og behandler informasjon i biter hvor hver bit er enten null eller en, er den grunnleggende enheten i kvanteberegning en qubit. En kvantebrikke består av mange kvantebiter, eller qubits, som vanligvis er subatomære partikler som elektroner eller fotoner, manipulert og kontrollert av spesialdesignede elektriske og magnetiske felt.

The qubits can be in a state of zero, one, or a combination of both. The combination, called a “superposition state,” is a distinct property that allows quantum computers to store and process extremely large data sets much faster than even the most powerful classical computers.

Now, there are many different ways to make these qubits, such as using semiconductors, photonics, superconducting devices, and other approaches.

The quality of qubits is of great importance here. However, they are sensitive to errors or noise, which are unwanted disturbances that can come from many sources. These sources could include changes in temperature, imperfections in the manufacturing process, and interactions with the qubit’s environment, among others.

These errors reduce a qubit’s reliability, which is known as fidelity. A qubit with high fidelity is essential for a quantum chip to perform complex tasks.

Å gjøre kvantepåliteligehet til virkelighet

I løpet av de siste tiårene har forskere arbeidet med logiske qubits, som refererer til qubits kodet ved hjelp av en samling fysiske qubits for å beskytte mot feil. Mens fysiske qubits representerer den faktiske kvantehardwaren, er en logisk qubit en abstraksjon som etterligner en feil‑tolerant qubit.

De viktigste utviklerne av kvantebrikker har flyttet fokuset til logiske qubits og gjør betydelige fremskritt innen kvantefeilkorrigering.

For eksempel, i desember 2024, Google (GOOG )  avslørte sin kvantebrikke kalt Willow. Denne nye brikken, basert på superledende qubits, har blitt hyllet som et stort gjennombrudd innen kvanteberegning, selv om den foreløpig ikke har noen virkelige anvendelser.

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

Tekngiganten klarte å redusere feil “eksponentielt” ved å skalere opp antallet qubits, sa Hartmut Neven, grunnlegger av Google Quantum AI. Dette “løser en nøkkelutfordring i kvantefeilkorrigering som feltet har forfulgt i nesten 30 år,” la han til.

For å måle Willows ytelse brukte Google standarden for tilfeldig kretsprøvetaking (RCS). Kvantebrikken utførte en beregning på under fem minutter som ville tatt en superdatamaskin 10 septillion år.

I februar i år, Microsoft (MSFT ) også avslørte verdens første kvanteprosessor drevet av topologiske qubits. Majorana 1 er designet for å skalere til en million qubits på en enkelt brikke. Med denne prestasjonen sa teknologigiganten at de er på vei til å bygge en prototype av en skalerbar, feil‑tolerant kvantedatamaskin i løpet av bare noen få år.

Grunnlaget for Majorana 1 er gjennombruddet laget av teamet, spesielt topokonduktoren, en klasse av materialer som muliggjorde skapelsen av topologisk superledning. Dette er resultatet av å fremstille en enhet som kombinerer aluminium (en superleder) og indiumarsenid (en halvleder).

Når denne enheten kjøles ned til nesten null og deretter justeres med magnetfelt, danner den topologiske superledende nanotråder, hvor endene av trådene inneholder Majorana Zero Modes (MZMs) som fungerer som byggeklossene for deres qubits.

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

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

Brikken består av to integrerte silisiummikrobrikker, hver med et område på omtrent én kvadratcentimeter, bundet én oppå den andre i en elektrisk koblet brikkestabel. Overflaten på hver mikrobrikke har tynne lag av superledende materialer, som danner kvantekrets‑elementene.

Det er totalt 14 hovedkomponenter som utgjør Ocelot‑brikken, inkludert fem datakvitter (cat qubits), ytterligere fem for å stabilisere datakvitter, og fire ekstra qubits for å oppdage feil på datakvitter.

Cat‑qubits lagrer kvantetilstandene, og de er avhengige av oscillatorer laget av et tynt lag av tantalum som jevnt produserer et repeterende elektrisk signal.

«Med de nylige fremskrittene innen kvanteforskning er det ikke lenger et spørsmål om hvis, men når praktiske, feil‑tolerante kvantedatamaskiner vil være tilgjengelige for virkelige anvendelser. Ocelot er et viktig steg på den reisen.»

– Oskar Painter, AWS-direktør for kvantehardware.

Ocelot‑arkitekturen antas å akselerere deres «tidslinje til en praktisk kvantedatamaskin med opptil fem år».

Kappløpet mot feil‑tolerante kvantesystemer

Å forbedre nøyaktigheten i kvanteberegninger er fokus for både selskaper og forskere verden over, og betydelige fremskritt har blitt gjort her.

For bare noen år siden demonstrerte MIT-forskere en ny superledende qubit‑ramme som kunne utføre operasjoner mellom qubits med høy nøyaktighet. Den nye typen superledende qubit er fluxonium, som kan ha en levetid, eller koherenstider, mye lengre enn de som vanligvis brukes.

Koherenstid er et mål på hvor lenge en qubit kan utføre operasjoner før all informasjon i qubiten går tapt.

«Jo lenger en qubit lever, desto høyere fidelitet har operasjonene den fremmer.»

– Hovedforfatter, Leon Ding

Arkitekturen involverte imidlertid et spesielt koblings‑element mellom to fluxonium‑qubits, som gjorde dem i stand til å utføre logiske operasjoner, kjent som porter, med høy nøyaktighet. Den undertrykker bakgrunnsstøy som kan introdusere feil i kvanteoperasjoner.

Nøyaktigheten til to‑qubit‑porter overgikk 99,9% mens enkelt‑qubit‑porter hadde 99,99%. Arkitekturen ble samtidig implementert på en brikke ved bruk av en utvidbar fremstillingsprosess.

«Å bygge en storskala kvantedatamaskin starter med robuste qubits og porter», og studien viste et svært lovende to‑qubit‑system, uttalte Ding. Fluxonium‑qubits oppnådde koherenstider på mer enn ett millisekund. Deres neste steg har vært å øke antallet qubits.

For noen måneder siden avduket MIT-forskere også en superledende kvantekrets som oppnådde en sterk ikke‑lineær kobling mellom fotoner (mikrobølgelys) og kunstige atomer (qubits). Den kunne muliggjøre avlesning og behandling av kvanteinformasjon på noen få nanosekunder.

For dette brukte forskerne et unikt superledende krets‑rammeverk for å demonstrere ikke‑lineær lys‑materie‑kobling, som er betydelig sterkere enn tidligere observert og kan gjøre at en kvanteprosessor opererer opptil 10 ganger raskere.

According to lead author Yufeng “Bright” Ye:

«Dette ville virkelig eliminere en av flaskehalsene i kvanteberegning. Vanligvis må du måle resultatene av beregningene dine mellom runder med feilkorrigering. Dette kan akselerere hvor raskt vi kan nå den feil‑tolerante kvanteberegningsfasen og kunne få virkelige anvendelser og verdi ut av våre kvantedatamaskiner.»

Merkverdig nok oppfant Ye en ny type kvantekobler for å lette interaksjoner mellom qubits. Quarton‑kobleren er en spesiell type superledende krets som kan generere ekstremt sterk ikke‑lineær kobling, og ved å tilføre mer strøm til den, skaper kobleren en enda sterkere ikke‑lineær interaksjon. Ye forklarte:

«De fleste nyttige interaksjonene i kvanteberegning kommer fra ikke‑lineær kobling av lys og materie. Hvis du kan få et mer allsidig spekter av ulike typer kobling, og øke koblingsstyrken, kan du i hovedsak øke behandlingshastigheten til kvantedatamaskinen.»

Med dette arbeidet håper forskerne at andre vil kunne bygge en feil‑tolerant kvantedatamaskin for praktisk, storskala kvanteberegning.

Innovasjoner fra SQMS Nanofabrication Taskforce har imidlertid oppnådd² koherenstider på opptil 0,6 millisekunder, som var resultatet av optimalisert qubit‑design og forbedrede avlesnings‑resonatorer, som begge forbedret stabiliteten og koherensen.

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

Midt i alle disse initiativene for å bygge skalerbare, feil‑tolerante kvantedatamaskiner har fysikere ved University of Oxford satt en ny verdensrekord for nøyaktigheten i qubit‑operasjoner.

Setter en ny global målestokk for kvantepresisjon

Den nye studien, publisert i Physical Review Letters³, viser at Oxford-fysikere har oppnådd en feilrate på kun 0,000015 % for en enkelt kvante‑logikkoperasjon.

Dette betyr én feil i 6,7 millioner operasjoner, som er en ny rekord for nøyaktigheten i qubit‑operasjoner og et stort sprang mot å ha mer robuste og nyttige kvantedatamaskiner som kan takle svært komplekse problemer med færre fysiske qubits og reduserte infrastrukturkrav.

«Så vidt vi vet, er dette den mest nøyaktige qubit‑operasjonen som noen gang er registrert noe sted i verden. Det er et viktig steg mot å bygge praktiske kvantedatamaskiner som kan takle virkelige problemer.»

– Studienes medforfatter, professor David Lucas, fysikkavdelingen, University of Oxford

Det interessante er at dette gjennombruddet knuser den tidligere rekorden som ble satt av samme team. Den nye rekorden er omtrent syv ganger mer nøyaktig enn den forrige.

For litt over et tiår siden implementerte⁴ teamet alle enkelt‑qubit‑operasjoner med fideliteter langt over minimumsterskelen som kreves for feil‑tolerant kvanteberegning, ved bruk av en fanget‑ion‑qubit lagret i hyperfine “atomklokke”-tilstander. På den tiden var deres enkelt‑qubit‑feilrate 1 av 1 million.

Denne suksessen førte til lanseringen av spin‑out‑selskapet kalt Oxford Ionics i 2019, som har blitt en leder innen høy‑ytelses fanget‑ion‑qubit‑plattformer. I mai 2025 skisserte de tre kortsiktige utviklingsfaser: ‘Foundation’, ‘Enterprise‑grade’ og ‘Value at scale’, for å oppnå bred kommersiell verdi innen de neste 3 årene og levere en million‑qubit‑enheter. Bare forrige uke gikk Oxford Ionics inn i en avtale med IonQ (IONQ ) for å kjøpe den for $1.075 milliarder.

Nå har det samme teamet oppnådd en ny milepæl i å redusere sannsynligheten for at kvante‑logikkporter gjør feil.

Å utføre nyttige beregninger på en kvantedatamaskin krever millioner av operasjoner som kjøres over mange qubits. Men denne størrelsen betyr at en høy feilrate kan gjøre sluttresultatet meningsløst og verdiløst.

Å korrigere feilen kan rette opp feilen, men det krever enda flere qubits. Så ved å redusere feilen, reduserer den nye studien antallet qubits som trengs, noe som deretter senker størrelsen og kostnaden for kvantedatamaskinen.

«Ved å drastisk redusere sjansen for feil, reduserer dette arbeidet betydelig infrastrukturen som kreves for feilkorrigering, og åpner veien for fremtidige kvantedatamaskiner som er mindre, raskere og mer effektive. Presis kontroll av qubits vil også være nyttig for andre kvanteteknologier som klokker og kvantesensorer», sa studiens med‑ledende forfatter, Molly Smith, som er masterstudent ved Oxford.

For å oppnå det enestående nivået av nøyaktighet brukte fysikerne en fanget kalsium‑ion som kvantebit eller qubit.

Kalsiumioner brukes vanligvis til å lagre kvanteinformasjon på grunn av deres lange koherenstider og høye fidelitet i kvanteoperasjoner. De er også svært robuste og enkle å manipulere med laser.

Oxford‑teamet brukte imidlertid ikke den konvensjonelle laser‑tilnærmingen; i stedet brukte de elektroniske (mikrobølge) signaler for å kontrollere den kvantetilstanden til kalsiumionene.

Med denne teknikken klarte de å oppnå større stabilitet enn det laserkontroll kunne tilby. Men det er ikke alt. Sammenlignet med laser er elektronisk kontroll også billigere og mer robust. Den er også lettere 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 kvantedatamaskin.

Så klarte teamet å redusere feilen med nesten en størrelsesorden denne gangen gjennom bedre kontroll av mikrobølge‑amplitude og detuning med automatiserte kalibreringsprosedyrer. I tillegg bidro redusert eksitasjon av tilskuer‑overganger gjennom større Zeeman‑splittinger, samt bruk av pulsskjaping, til dette.

Den rekordbrytende presisjonen er en enorm prestasjon; den er imidlertid bare en del av en større utfordring. Som teamet påpekte, krever kvanteberegning både enkelt‑ og to‑qubit‑porter som fungerer sammen, og to‑qubit‑porter lider fortsatt av høye feilrater.

For øyeblikket er den beste feilraten rundt 1 av 2000, så for å bygge en fullt feil‑tolerant kvanteenhet må teamet senke dette tallet.

Høyt‑fidelitets enkelt‑qubit‑operasjoner har fortsatt mange bruksområder både innen kvanteinformasjon og utover, inkludert beskyttelse av ‘inaktive’ qubits via dynamisk frakobling, i kvantesensor‑applikasjoner, og sammensatte pulssykluser for å adressere individuelle qubits og kompensere for feil.

Investere i kvanteberegning

International Business Machines Corporation (IBM ), som er kjent for sine hybride sky‑ og AI‑plattformer samt konsulent‑ og infrastrukturtjenester, har utforsket kvanteteknologi siden 1970‑tallet. I 2016 lanserte de IBM Quantum Experience, som satte den første kvanteprosessoren på skyen, og dermed gjorde den tilgjengelig for alle.

IBM (IBM ) 

Over the years, IBM continued its research in the field, and last week, it announced plans to have a practical quantum computer ready by 2029.

Kalt “Starling,” vil den feil‑tolerante kvantedatamaskinen med 200 logiske qubits bli bygget i et datasenter som er under bygging i Poughkeepsie, New York.

I følge rapporter har teamet utviklet en ny algoritme som betydelig reduserer antallet qubits som kreves for feilkorrigering. Jay Gambetta, som leder IBMs kvanteinitiativ, sa følgende i et intervju:

«Vi har besvart de vitenskapelige spørsmålene. Du trenger ikke et mirakel nå. Nå trenger du en stor utfordring innen ingeniørkunst. Det er ingen nyoppfinnelse av verktøy eller noe slikt.»

Nå, hvis vi ser på markedsverdien på $257.64 milliarder, IBMs markedsytelse, deres aksjer handles for øyeblikket til $278, opp 26.11 % år‑til‑dato. IBM‑aksjer nådde faktisk en rekordhøy (ATH) på $281.75 bare forrige uke.

Med dette er EPS (TTM) 5,85 og P/E (TTM) 47,42, mens den tilbudte utbytteavkastningen er 2,42 %.

Når det gjelder IBMs økonomi, rapporterte de en inntekt på $14.5 milliarder for første kvartal 2025. GAAP bruttofortjenestemargin i denne perioden var 55,2 % mens non‑GAAP driftsmargin var 56,6 %. GAAP før‑skatt‑inntektsmargin var derimot 8 %, og non‑GAAP driftsmargin var 12 %.

«Vi overgikk forventningene til inntekt, lønnsomhet og fri kontantstrøm i kvartalet, drevet av styrke i vår programvareportefølje. Det er fortsatt sterk etterspørsel etter generativ AI, og vår forretningsportefølje ligger på mer enn $6 milliarder fra oppstart til i dag, opp mer enn $1 milliarder i kvartalet.»

– CEO Arvind Krishna

I første kvartal i år var netto kontanter generert fra driftsaktiviteter $4.4 milliarder, mens fri kontantstrøm var $2 milliarder. IBM avsluttet kvartalet med $17.6 milliarder i kontanter, restriktive kontanter og lett omsettelige verdipapirer.

Sterk likviditetsposisjon og solid fri kontantstrøm gjorde det mulig for selskapet å returnere $1.5 milliarder til aksjonærene i form av utbytte. Det investerte også $7.1 milliarder i oppkjøp, som inkluderte kjøpet av HashiCorp. Ifølge Krishna:

«Vi forblir optimistiske om de langsiktige vekstmulighetene for teknologi og den globale økonomien.»

Siste nyheter og utviklinger om International Business Machines Corporation (IBM) aksjer

Konklusjon: Neste steg mot kvantevirkeligheten

Fra forskere til selskaper og myndigheter er alle aktivt og dypt involvert i å gjøre kvantedatamaskiner til en realitet. De siste gjennombruddene fra Oxford‑teamet og teknologigigantene forbedrer kvante‑fideliteten dramatisk og gjør feilkorrigering mer effektiv, noe som betyr at neste kvantesprang kanskje ikke lenger er tiår unna, og gjør praktiske kvante‑maskiner uunngåelige!

Klikk her for en liste over de beste kvanteberegningsselskapene.

Studier referert:

^{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: Mot fabrikasjon av høy‑koherens superledende qubits. Konferanse, 20. september 2024. https://doi.org/10.2172/2462792
3. Smith, M. C.; Leu, A. D.; Miyanishi, K.; et al. Enkelt‑qubit‑porter med feil på 10⁻⁷‑nivå. 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. Høy‑fidelitets‑preparasjon, porter, minne og avlesning av en fanget‑ion‑kvantebit. Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 220501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.220501}