IBM在三項突破性研究中達成可信量子優勢

三項獨立展示顯示，量子電腦不僅超越領先的經典計算方法，還能產出可獨立驗證的結果——此里程碑使量子運算更接近挑戰當前加密標準，包括保護比特幣的加密協議。

IBM與三家合作夥伴——Qedma Quantum Computing、芝加哥大學及Algorithmiq——於週四發表研究成果，顯示量子電腦能解決經典超級電腦無法企及的問題，並內建信任輸出結果的機制。這三項研究同時發布於arXiv及量子優勢追蹤器（Quantum Advantage Tracker），標誌著商用量子硬體首次達成研究人員所稱的「可信量子優勢」。

「當你能進行經典模擬時，可信運算並不重要；但當你無法進行經典模擬時，可信運算就是大事。」IBM研究院院長暨IBM院士Jay Gambetta向Ars Technica表示。

三條通往優勢的路徑

Qedma合作團隊使用IBM的Heron處理器，在74個量子位上模擬二維Floquet Ising系統——一個由模擬磁鐵組成的網格，其方向在週期性外部脈衝下振盪。該團隊與日本國立研究機構理化學研究所（RIKEN）合作，在世界最強大的超級電腦之一Fugaku上運行兩種不同的經典演算法。經典方法產生了相互矛盾的預測：一種顯示淨磁化強度平穩下降，另一種則顯示上升。而由Qedma的QESEM軟體驅動的誤差緩解量子結果，揭示出第三種行為——帶有週期性振盪的逐漸磁衰減——且在Quantinuum的離子阱硬體上獨立驗證後仍保持一致。

芝加哥大學的合作團隊則採取不同方法，利用誤差修正編碼70個邏輯量子位，運行2,415次邏輯雙量子位操作及468個T閘——這是一個衡量電路複雜度的指標。邏輯計算達到了比物理誤差率低十倍的有效誤差率，從而實現高保真度結果。量子計算約在15分鐘內完成，該團隊表示，若使用領先的經典方法，此任務將需要不可行的時間量。研究人員將電路設計成可透過周邊量子位的溫和測量來檢測執行過程中的錯誤，並丟棄受損結果。

Algorithmiq的示範則模擬了異質量子物質——一種描述資訊如何在具有不規則結構的材料中流動的模型，這與催化劑和電池電解質相關。該問題已在量子優勢追蹤器上懸置八個月，沒有任何經典方法能在整個問題範圍內產出可靠結果。Algorithmiq還發布了開源套件monoprop，讓任何研究團隊都能使用該公司用來挑戰自身結果的相同經典技術，對未來的量子優勢主張進行壓力測試。

信任為何重要

這些研究所要解決的核心挑戰是驗證問題。當量子電腦解決了經典電腦無法解決的問題時，就沒有獨立的方法來檢查答案是否正確。每個團隊都開發了不同的解決方案：Qedma跨硬體平台進行交叉驗證；芝加哥大學團隊使用可檢測錯誤的量子位；Algorithmiq則刻意操控雜訊水平，證明即使裝置條件改變，結果仍保持穩定。

「量子電腦已達到能夠展現優勢基本標準的階段：它們既能超越領先的經典方法，同時也能產出我們可以信任的結果。」Gambetta表示。

比特幣問題

這項進展對加密貨幣安全性具有直接影響。比特幣的橢圓曲線數位簽章演算法（ECDSA）依賴於離散對數問題的計算難度——這類問題若在規模足夠大的量子電腦上運行Shor演算法，即可高效解決。如果攻擊者能從公鑰推導出私鑰，整個比特幣帳本將面臨風險。

實際的攻擊利用仍需數年時間。這些示範僅使用70至74個量子位進行專門的物理模擬，而非運行Shor演算法對抗比特幣secp256k1曲線所需的數千個高品質邏輯量子位。但發展軌跡已然明確：IBM已證明，在經典驗證失效的規模下，誤差緩解的量子電腦能夠產出可信結果，且該公司已發布在2033年前達到10萬個量子位的路線圖。

投資意涵

對投資人而言，此里程碑標誌著量子運算正從理論前景轉向實際能力，儘管商業應用仍需時日。涉及後量子密碼學的公司——包括已開發量子安全加密標準的IBM本身——可能會隨著企業開始從脆弱加密技術遷移而迎來需求增長。反之，量子時間表的任何加速都將對比特幣及其他尚未採用抗量子簽章技術的加密貨幣構成壓力。

IBM股價目前約為預期盈餘的22倍，尚未將量子驅動的加密市場顛覆風險納入定價。這三項研究現已在量子優勢追蹤器上開放供社群基準測試，經典演算法開發者可以嘗試匹配量子結果——此過程在過往的示範中曾多次縮小所宣稱的優勢範圍。

本文僅供資訊參考，不構成投資建議。