Mga Siyentipiko ng Oxford Binababa ang Quantum Error sa Rekord na Mababang Antas

Ang lumalawak na interes sa quantum technology ay may laki ng merkado na lumalagpas sa $1 bilyon at inaasahang aabot sa higit sa $170 bilyon pagsapit ng 2040. Ayon sa McKinsey, ang quantum technology ay maaaring lumikha ng trilyong dolyar na halaga sa susunod na dekada. 

Sa ekosistema ng quantum technology, ang quantum computing partikular na may napakalaking potensyal. Kasama dito ang paggamit ng quantum mechanics, na simpleng tumatalakay sa pag-uugali ng materya at enerhiya sa antas ng atomiko at subatomiko, upang lutasin ang mga komplikadong problema. 

Inaasahang magkakaroon ng malalim na epekto ang quantum computing sa iba’t ibang larangan, kabilang ang teknolohiya, pananaliksik, agham, pananalapi, at ekonomiya.

Hindi tulad ng mga klasikong computer, tulad ng ating mga laptop, na nag-iimbak at nagpoproseso ng impormasyon sa mga bit na bawat isa ay zero o isa, ang pangunahing yunit sa quantum computing ay qubit. Ang isang quantum chip ay binubuo ng maraming quantum bits, o qubits, na karaniwang mga subatomikong particle tulad ng mga electron o photon, na pinamamahalaan at kinokontrol ng espesyal na dinisenyong mga electric at magnetic field.

Ang mga qubit ay maaaring nasa estado ng zero, isa, o kombinasyon ng pareho. Ang kombinasyong ito, na tinatawag na “superposition state,” ay isang natatanging katangian na nagpapahintulot sa mga quantum computer na mag-imbak at magproseso ng napakalaking data set nang mas mabilis kaysa kahit sa pinakamakapangyarihang klasikong computer.

Ngayon, maraming iba’t ibang paraan upang gawin ang mga qubit na ito, tulad ng paggamit ng semiconductors, photonics, superconducting devices, at iba pang pamamaraan.

Ang kalidad ng mga qubit ay napakahalaga dito. Gayunpaman, sensitibo sila sa mga error o ingay, na mga hindi kanais-nais na pagkagambala na maaaring magmula sa maraming pinagmulan. Maaaring kabilang dito ang pagbabago sa temperatura, mga kakulangan sa proseso ng paggawa, at pakikipag-ugnayan sa kapaligiran ng qubit, at iba pa.
Ang mga error na ito ay nagpapababa ng pagiging maaasahan ng qubit, na kilala bilang fidelity. Ang isang qubit na may mataas na fidelity ay mahalaga para sa isang quantum chip na magsagawa ng komplikadong gawain.

Pagpapatupad ng Quantum Reliability Bilang Katotohanan

Sa nakalipas na ilang dekada, ang mga siyentipiko ay nagtrabaho sa mga logical qubit, na tumutukoy sa mga qubit na naka-encode gamit ang koleksyon ng mga physical qubit upang protektahan laban sa mga error. Habang ang mga physical qubit ay kumakatawan sa aktwal na quantum hardware, ang logical qubit ay isang abstraksyon na ginagaya ang fault-tolerant na qubit.

Ang mga pangunahing developer ng quantum chip ay nagpalipat ng kanilang pokus sa mga logical qubit at gumagawa ng makabuluhang pag-unlad sa quantum error correction.

Halimbawa, noong Dis. 2024, Google (GOOG )  inilunsad ang kanilang quantum chip na tinatawag na Willow. Ang bagong chip na ito, na batay sa superconducting qubits, ay itinuring na isang malaking breakthrough sa larangan ng quantum computing, bagaman sa kasalukuyan ay wala pang totoong aplikasyon.

Karaniwan, kapag mas maraming qubit ang ginamit, mas maraming error ang nangyayari, at nagiging klasikong sistema ito. Gayunpaman, ipinakita ng Google na¹ na habang mas maraming qubit ang ginamit nila sa Willow, mas kaunti ang mga error na nabawasan, at mas quantum ang naging sistema. 

Nagawa ng higanteng teknolohiyang ito na bawasan ang mga error nang “exponentially” sa pamamagitan ng pagtaas ng bilang ng mga qubit, ayon kay Hartmut Neven, tagapagtatag ng Google Quantum AI. Idinagdag niya na ito ay “nagbubukas ng isang pangunahing hamon sa quantum error correction na pinagsikapan ng larangan sa halos 30 taon.”

Upang sukatin ang pagganap ng Willow, gumamit ang Google ng random circuit sampling (RCS) standard. Ang quantum chip nito ay nagsagawa ng isang kalkulasyon sa loob ng mas mababa sa limang minuto na aabutin ng isang supercomputer ng 10 septillion taon.

Noong Peb. ngayong taon, Microsoft (MSFT ) din inilunsad ang kauna-unahang quantum processor sa mundo na pinapagana ng topological qubits. Ang Majorana 1 ay dinisenyo upang umabot sa isang milyong qubit sa isang chip. Sa tagumpaling ito, sinabi ng higanteng teknolohiya na nasa tamang landas ito upang makagawa ng prototype ng scalable, fault-tolerant na quantum computer sa loob lamang ng ilang taon.

Ang batayan ng Majorana 1 ay ang breakthrough na ginawa ng koponan, partikular ang topoconductor, isang klase ng materyales na nagpayag sa paglikha ng topological superconductivity. Ito ay resulta ng paggawa ng isang aparato na pinagsasama ang aluminum (isang superconductor) at indium arsenide (isang semiconductor).

Kapag ang aparatong ito ay pinalamig sa halos zero at pagkatapos ay inangkop gamit ang magnetic fields, ito ay bumubuo ng topological superconducting nanowires, kung saan ang mga dulo ng mga wire ay naglalaman ng Majorana Zero Modes (MZMs) na nagsisilbing mga batayang bahagi ng kanilang mga qubit.

Upang matupad ang pangako ng quantum, nailagay na ng koponan ang walong topological qubit sa isang chip na dinisenyo upang maglaman ng isang milyong qubit.

Maging ang Amazon (AMZN ) ay nagsabi ng kanilang quantum chip na tinatawag na ‘Ocelot’ na gumagamit ng scalable architecture upang bawasan ang error correction ng hanggang 90%. 

Ang chip ay binubuo ng dalawang integrated silicon microchip, bawat isa ay may sukat na humigit-kumulang isang square centimeter, na pinagdugtong isa sa ibabaw ng isa sa isang electrically connected chip stack. Ang ibabaw ng bawat microchip ay may manipis na patong ng superconducting materials, na bumubuo ng mga quantum circuit element.

May kabuuang 14 na pangunahing elemento na bumubuo sa Ocelot chip, kabilang ang limang data qubits (cat qubits), isa pang limang para patatagin ang mga data qubit, at apat pang qubit upang matuklasan ang mga error sa mga data qubit.

Ang mga cat qubit ay nag-iimbak ng mga quantum state, na umaasa sa mga oscillator, na gawa sa manipis na film ng Tantalum at patuloy na gumagawa ng paulit-ulit na electrical signal. 

“Sa mga kamakailang pag-unlad sa quantum research, hindi na ito tanong kung kailan, kundi kailan magiging available ang praktikal, fault-tolerant na quantum computers para sa mga real-world na aplikasyon. Ang Ocelot ay isang mahalagang hakbang sa paglalakbay na iyon.”

– Oskar Painter, AWS director ng Quantum Hardware.

Pinaniniwalaan na ang Ocelot architecture ay magpapabilis ng kanilang “timeline tungo sa praktikal na quantum computer ng hanggang limang taon.”

Ang Laban Patungo sa Fault-Tolerant na Quantum Systems

Ang pagpapahusay ng katumpakan ng quantum computations ay pokus ng mga kumpanya at mananaliksik sa buong mundo, at maraming makabuluhang hakbang na ang nagawa dito.

Ilang taon lamang ang nakalipas, ipinakita ng mga mananaliksik ng MIT ang isang bagong superconducting qubit framework na kayang magsagawa ng mga operasyon sa pagitan ng mga qubit nang may mataas na katumpakan. Ang bagong uri ng superconducting qubit ay fluxonium, na maaaring magkaroon ng mas mahabang lifespan, o coherence times, kaysa sa karaniwang ginagamit.

Ang coherence time ay sukatan kung gaano katagal maaaring magsagawa ng mga operasyon ang isang qubit bago mawala ang lahat ng impormasyon sa qubit.

“Kapag mas matagal ang buhay ng isang qubit, mas mataas ang fidelity ng mga operasyon na pinapromote nito.”

– Lead author, Leon Ding

Samantala, ang arkitektura ay naglaman ng espesyal na coupling element sa pagitan ng dalawang fluxonium qubit, na nagpapahintulot sa kanila na magsagawa ng logical operations, na kilala bilang gates, nang may mataas na katumpakan. Pinipigil nito ang background noise na maaaring magdala ng mga error sa quantum operations.

Ang katumpakan ng two-qubit gates ay lumampas sa 99.9% habang ang single-qubit gates ay may 99.99%. Ang arkitektura, samantala, ay ipinatupad sa isang chip gamit ang isang extensible fabrication process.

“Ang pagbuo ng large-scale quantum computer ay nagsisimula sa matitibay na qubit at gates,” at ipinakita ng pag-aaral ang isang lubos na promising na two-qubit system, ayon kay Ding. Ang mga fluxonium qubit ay nakamit ang coherence times na higit sa isang millisecond. Ang susunod nilang hakbang ay ang pagtaas ng bilang ng mga qubit.

Ilang buwan ang nakalipas, ipinakita din ng mga mananaliksik ng MIT ang isang superconducting quantum circuit na nakamit ang malakas na nonlinear coupling sa pagitan ng mga photon (microwave light) at mga artificial atom (qubits). Maaari nitong paganahin ang readout at pagproseso ng quantum information sa loob ng ilang nanoseconds.

Para dito, gumamit ang mga mananaliksik ng natatanging superconducting circuit framework upang ipakita ang nonlinear light-matter coupling, na mas malakas nang malaki kaysa sa nakaraang obserbasyon at maaaring magpahintulot sa isang quantum processor na gumana nang hanggang 10 beses na mas mabilis.

According to lead author Yufeng “Bright” Ye:

“Talagang matatanggal nito ang isa sa mga bottleneck sa quantum computing. Karaniwan, kailangan mong sukatin ang mga resulta ng iyong mga kalkulasyon sa gitna ng mga round ng error correction. Maaari nitong pabilisin kung gaano kabilis natin maaabot ang fault-tolerant quantum computing stage at makakuha ng mga real-world na aplikasyon at halaga mula sa ating mga quantum computer.”

Kapansin-pansin, si Ye ay nag-imbento ng bagong uri ng quantum coupler upang mapadali ang interaksyon sa pagitan ng mga qubit. Ang quarton coupler ay isang espesyal na uri ng superconducting circuit na maaaring lumikha ng napakalakas na nonlinear coupling, at sa pamamagitan ng pagpasok ng mas maraming kuryente dito, ang coupler ay lumilikha ng mas matinding nonlinear interaction. Ipinaliwanag ni Ye:

“Karamihan sa kapaki-pakinabang na interaksyon sa quantum computing ay nagmumula sa nonlinear coupling ng liwanag at materya. Kung makakakuha ka ng mas maraming uri ng coupling, at mapataas ang lakas ng coupling, maaari mong dagdagan ang bilis ng pagproseso ng quantum computer.” 

Sa gawaing ito, inaasahan ng mga mananaliksik na makakagawa ang iba ng fault-tolerant quantum computer para sa praktikal, large-scale na quantum computation.

Ang mga inobasyon ng SQMS Nanofabrication Taskforce, samantala, ay nakamit² ang coherence times na hanggang 0.6 milliseconds, na resulta ng optimized na disenyo ng qubit at pinahusay na readout resonators, na parehong nagpalakas ng katatagan at coherence. 

Ang kolaborasyong ito sa pagitan ng National Institute of Standards and Technology (NIST), Superconducting Quantum Materials and Systems (SQMS) Center ng Fermilab, at ilang iba pang gobyerno, unibersidad, at industriyal na kasosyo ay naglalayong dalhin ang quantum research nang mas malapit sa realidad. 

Sa gitna ng lahat ng inisyatibong ito upang bumuo ng scalable, fault-tolerant na quantum computers, ang mga physicist sa University of Oxford ay nagtakda ng bagong world record para sa katumpakan ng operasyon ng qubit.

Pagtatakda ng Bagong Global Benchmark sa Quantum Accuracy

Ang bagong pag-aaral, na inilathala sa Physical Review Letters³, ay nagpapakita na ang mga physicist ng Oxford ay nakamit ang error rate na 0.000015% para sa isang solong quantum logic operation. 
Ibig sabihin nito ay isang error sa 6.7 milyong operasyon, na isang bagong rekord para sa katumpakan ng operasyon ng qubit at isang malaking hakbang patungo sa pagkakaroon ng mas matibay at kapaki-pakinabang na quantum computers upang harapin ang napaka-komplikadong mga problema gamit ang mas kaunting physical qubits at nabawasang pangangailangan sa imprastruktura.

“Sa aming kaalaman, ito ang pinaka-tumpak na operasyon ng qubit na kailanman naitala sa buong mundo. Ito ay isang mahalagang hakbang patungo sa pagbuo ng praktikal na quantum computers na maaaring harapin ang mga real-world na problema.” 

– Ang co-author ng pag-aaral, Propesor David Lucas, Department of Physics, University of Oxford

Ang kawili-wili ay ang breakthrough na ito ay bumabagsak sa naunang rekord na itinakda ng parehong koponan. Ang bagong rekord ay halos pitong beses na mas tumpak kaysa sa kanilang naunang rekord.

Makalipas lamang ng higit sa isang dekada, ang koponan ay nagpatupad⁴ ng lahat ng single-qubit operations na may fidelity na lagpas sa minimum threshold na kinakailangan para sa fault-tolerant quantum computing, gamit ang isang trapped-ion qubit na naka-imbak sa hyperfine “atomic clock” states. Sa panahong iyon, ang kanilang single-qubit error rate ay 1 sa 1 milyong operasyon. 

Ang tagumpay na ito ay nagbunsod sa paglulunsad ng spinout na kumpanya na tinatawag na Oxford Ionics noong 2019, na naging lider sa high-performance trapped-ion qubit platforms. Noong Mayo 2025, ito ay nagbalangkas ng tatlong short-term development phases: ‘Foundation’, ‘Enterprise-grade’, at ‘Value at scale’, upang makamit ang malawak na komersyal na halaga sa loob ng susunod na 3 taon at maghatid ng 1 milyong qubit na mga device. Kamakailan lamang, pumasok ang Oxford Ionics sa isang kasunduan sa IonQ (IONQ ) upang bilhin ito sa halagang $1.075 bilyon.

Ngayon, ang parehong koponan ay nakamit ang isang bagong milestone sa pagpapababa ng posibilidad na magkamali ang quantum logic gates.

Ang pagsasagawa ng kapaki-pakinabang na kalkulasyon sa isang quantum computer ay nangangailangan ng milyun-milyong operasyon na isinasagawa sa maraming qubit. Ngunit ang laki nito ay nangangahulugang ang mataas na error rate ay maaaring gawing walang kabuluhan at walang silbi ang huling resulta.

Ang pagwawasto ng error ay maaaring ayusin ang pagkakamali, ngunit nangangailangan ito ng mas marami pang qubit. Kaya, sa pamamagitan ng pagpapababa ng error, ang bagong pag-aaral ay nagpapababa ng bilang ng kinakailangang qubit, na nagbabawas ng sukat at gastos ng quantum computer.

“Sa pamamagitan ng labis na pagpapababa ng tsansa ng error, ang gawaing ito ay malaki ang pagbawas sa imprastruktura na kinakailangan para sa error correction, na nagbubukas ng daan para sa mga susunod na quantum computer na maging mas maliit, mas mabilis, at mas epektibo. Ang tumpak na kontrol ng mga qubit ay magiging kapaki-pakinabang din para sa iba pang quantum technologies tulad ng mga orasan at quantum sensors,” sabi ng co-lead author ng pag-aaral, si Molly Smith, na isang graduate student sa Oxford.

Upang makamit ang hindi pa nagagawang antas ng katumpakan, gumamit ang mga physicist ng isang trapped calcium ion bilang quantum bit o qubit.

Ang calcium ions ay karaniwang ginagamit upang mag-imbak ng quantum information dahil sa kanilang mahabang coherence times at mataas na fidelity sa quantum operations. Sila rin ay napakatibay at madaling manipulahin gamit ang mga laser.

Gayunpaman, ang koponan ng Oxford ay hindi gumamit ng tradisyonal na laser approach; sa halip, gumamit sila ng electronic (microwave) signals upang kontrolin ang quantum state ng calcium ions.

Sa teknikang ito, nagawa nilang magkaroon ng mas malaking katatagan kaysa sa kayang ibigay ng laser control. Ngunit hindi lang iyon. Kumpara sa mga laser, ang electronic control ay mas mura at mas matibay. Mas madali rin itong isama sa ion-trapping chips. 

Higit pa rito, isinagawa ang eksperimento nang walang magnetic shielding at sa room temperature, na nagpapasimple sa mga teknikal na pangangailangan para sa isang gumaganang quantum computer.

Kaya, nagawang bawasan ng koponan ang error ng halos isang order of magnitude sa pagkakataong ito sa pamamagitan ng mas mahusay na kontrol ng microwave amplitude at detuning gamit ang automated calibration procedures. Dagdag pa rito, ang nabawasang excitation ng spectator transitions sa pamamagitan ng mas malalaking Zeeman splittings, pati na rin ang paggamit ng pulse shaping, ay nag-ambag dito.

Ang rekord-breaking na precision ay isang napakalaking tagumpay; gayunpaman, ito ay bahagi lamang ng mas malaking hamon. Ayon sa koponan, ang quantum computing ay nangangailangan ng parehong single- at two-qubit gates na magtulungan, at ang two-qubit gates ay patuloy na nagtatamo ng mataas na error rates.

Sa kasalukuyan, ang pinakamagandang error rate ay nasa paligid ng 1 sa 2000, kaya upang makabuo ng ganap na fault-tolerant na quantum machine, kailangang pababain ng koponan ang bilang na ito.

Ang high-fidelity na single-qubit operations ay may maraming gamit pa rin sa quantum information at higit pa, kabilang ang pagprotekta sa ‘idle’ na mga qubit sa pamamagitan ng dynamical decoupling, sa mga aplikasyon ng quantum sensing, at composite pulse sequences upang tugunan ang mga indibidwal na qubit at mag-compensate sa mga error.

Pamumuhunan sa Quantum Computing

International Business Machines Corporation (IBM ), na kilala sa kanyang hybrid cloud at AI platforms pati na rin sa consulting at infrastructure services, ay nagsimulang mag-eksplora ng quantum technology mula noong 1970s. Noong 2016, inilunsad nito ang IBM Quantum Experience, na naglagay ng unang quantum processor sa cloud, kaya naging accessible ito sa lahat.

IBM (IBM ) 

Tinawag na “Starling,” ang fault-tolerant na quantum computer na may 200 logical qubits ay itatayo sa isang data center na kasalukuyang ginagawa sa Poughkeepsie, New York.

Ayon sa mga ulat, nakabuo ang koponan ng bagong algorithm na malaki ang nagpapababa sa bilang ng mga qubit na kinakailangan para sa error correction. Si Jay Gambetta, na namumuno sa quantum initiative ng IBM, ay nagsabi ng sumusunod sa isang panayam:

“Nasagot na namin ang mga tanong sa agham. Hindi mo na kailangan ng himala ngayon. Kailangan mo na ngayon ng isang malaking hamon sa engineering. Walang muling pag-imbento ng mga kasangkapan o anumang katulad nito.”

Ngayon, kung titingnan natin ang $257.64 bilyong market cap, ang pagganap ng merkado ng IBM, ang mga share nito ay kasalukuyang nagte-trade sa $278, tumaas ng 26.11% YTD. Ang mga share ng IBM ay talagang umabot sa all-time high (ATH) na $281.75 noong nakaraang linggo.

Sa ganitong datos, ang EPS (TTM) nito ay 5.85 at ang P/E (TTM) ay 47.42, habang ang dividend yield na inaalok ay 2.42%.

Pagdating sa pinansyal ng IBM, iniulat nito ang kita na $14.5 bilyon para sa unang quarter ng 2025. Ang GAAP Gross profit margin sa panahong ito ay 55.2% habang ang non-GAAP operating profit margin ay 56.6%. Ang GAAP pre-tax income margin naman ay 8%, at ang Non-GAAP operating margin ay 12%.

“Nalampasan namin ang mga inaasahan para sa kita, profitability, at free cash flow sa quarter, na pinangunahan ng lakas sa aming Software portfolio. Patuloy ang malakas na demand para sa generative AI at ang aming book of business ay nasa higit sa $6 bilyon mula nang simula, tumaas ng higit sa $1 bilyon sa quarter.” 

– CEO Arvind Krishna

Sa unang quarter ng taong ito, ang net cash na nakuha mula sa operating activities ay $4.4 bilyon habang ang free cash flow ay $2 bilyon. Natapos ng IBM ang quarter na may $17.6 bilyon na cash, restricted cash, at marketable securities.
Ang matatag na posisyon sa liquidity at solidong free cash flow ay nagbigay-daan sa kumpanya na magbalik ng $1.5 bilyon sa mga shareholders sa anyo ng dividends. Nainvest din nito ang $7.1 bilyon sa mga acquisitions, kabilang ang pagbili ng HashiCorp. Ayon kay Krishna:

“Naniniwala pa rin kami sa pangmatagalang pagkakataon para sa paglago ng teknolohiya at ng pandaigdigang ekonomiya.” 

Pinakabagong Balita at Pag-unlad sa Stock ng International Business Machines Corporation (IBM)

Konklusyon: Mga Susunod na Hakbang Patungo sa Quantum Reality

Mula sa mga siyentipiko hanggang sa mga kumpanya at pamahalaan, lahat ay aktibo at malalim na kasangkot sa paggawa ng quantum computers na maging realidad. Ang pinakabagong mga breakthrough ng koponan ng Oxford at ng mga higanteng teknolohiya ay lubos na nagpapabuti sa qubit fidelity at ginagawang mas epektibo ang error correction, na nangangahulugang ang susunod na quantum leap ay maaaring hindi na aabutin ng dekada, na ginagawang hindi maiiwasan ang praktikal na quantum machines!

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang quantum computing companies.

Mga Sanggunian na Pag-aaral:

^{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 Setyembre 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}