IBM pokonał kwantową barierę, w którą wątpili eksperci

W 2019 roku Google ogłosił osiągnięcie „supremacji kwantowej”, czyli sytuacji, w której komputer kwantowy wykonuje określone obliczenie szybciej niż klasyczny superkomputer.

IBM niemal natychmiast zakwestionował to twierdzenie. Firma argumentowała, że odpowiednio skonfigurowany superkomputer mógłby uzyskać podobny wynik w ciągu kilku dni, a nie 10 tysięcy lat, jak prognozował Google.

Spór ujawnił podstawową słabość całej dziedziny. Nikt spoza firmy przedstawiającej to twierdzenie nie był w stanie samodzielnie go zweryfikować. Ten problem towarzyszył obliczeniom kwantowym przez kolejne siedem lat.

W czwartek IBM znalazł się po drugiej stronie podobnego sporu. Firma ogłosiła trzy oddzielne wyniki prac przeprowadzonych wspólnie z University of Chicago, izraelską firmą Qedma Quantum Computing oraz włoską Algorithmiq. IBM twierdzi, że rezultaty spełniają kryterium, którego Google nigdy w pełni nie osiągnął.

Każdy z projektów łączył trudne obliczenie z wbudowanym sposobem potwierdzenia poprawności wyniku. Nie chodziło więc wyłącznie o szybkość działania.

IBM, ponadstuletnia firma technologiczna, która wiąże część przyszłego wzrostu z układami kwantowymi, potrzebował właśnie takiego rezultatu. Sprzeciw wobec Google z 2019 roku nie dotyczył bowiem samej szybkości. Chodziło o wiarygodność wyników, a ta luka przez siedem lat ciążyła nad całą branżą.

Problem wiarygodności doczekał się rozwiązania

Ogłoszone w tym tygodniu wyniki bezpośrednio odnoszą się do tej kwestii. W projekcie realizowanym z University of Chicago naukowcy zakodowali 70 kubitów logicznych. Kubit logiczny to grupa kubitów fizycznych połączonych tak, aby błędy można było wykrywać i korygować w czasie rzeczywistym. Następnie wykonali obliczenie w około 15 minut.

Najważniejsze nie było jednak tempo. Zespół wbudował wykrywanie błędów w samo obliczenie. Wynik pojawia się więc razem z dowodem swojej poprawności, zamiast wymagać od odbiorców wiary na słowo.

To odróżnia obecny rezultat od wydarzeń z 2019 roku. Krytycy obliczeń kwantowych rzadko kwestionowali, że takie maszyny potrafią generować nietypowe liczby, których trudno odtworzyć. Wątpili natomiast, czy te liczby mają rzeczywiste znaczenie. Wynik, który sam potwierdza swoją poprawność, zamyka tę konkretną lukę.

Dwa kolejne projekty prowadzą do podobnego wniosku

Wspólnie z Qedma IBM wykorzystał procesor kwantowy Heron oraz oprogramowanie Qedma do ograniczania błędów. Firmy zamodelowały dwuwymiarowy układ Floqueta-Isinga, czyli problem fizyczny związany z zachowaniem magnetycznym materiałów.

Symulacja objęła 74 kubity. Klasyczne metody przetestowane niezależnie przez RIKEN i BlueQubit nie potrafiły wiarygodnie odtworzyć wyników przy takiej skali. To właśnie ta niemożność odtworzenia rezultatu jest najważniejszym ustaleniem.

W projekcie z Algorithmiq IBM zasymulował złożony materiał istotny dla katalizatorów i elektrolitów stosowanych w akumulatorach. Osiem miesięcy wcześniej firma opublikowała podstawowy test porównawczy w ramach Quantum Advantage Tracker, narzędzia służącego do śledzenia przewagi obliczeń kwantowych.

Od tamtej pory żadna klasyczna metoda nie dorównała temu wynikowi. Algorithmiq udostępniła również publicznie własne narzędzie do klasycznych symulacji. W ten sposób firma umożliwiła konkurentom i krytykom samodzielne sprawdzenie, czy potrafią pobić rezultat uzyskany przez komputer kwantowy.

Dyrektor generalny IBM Arvind Krishna powiedział, że prace z Algorithmiq ujawniły zachowania materiałów, których badacze nie byli w stanie zaobserwować przy użyciu obliczeń klasycznych. Wskazał potencjalne zastosowania w lepszych akumulatorach, zaawansowanych materiałach, energetyce opartej na fuzji jądrowej oraz skuteczniejszych lekach.

Rynek niemal nie zareagował

Mimo trzech zweryfikowanych wyników obliczeń kwantowych ogłoszonych tego samego poranka akcje IBM spadły o prawie 2%. Sesję zakończyły na poziomie 221,96 USD. Kurs jest mniej więcej o jedną trzecią niższy od 52-tygodniowego maksimum wynoszącego 332,46 USD, ustanowionego w czerwcu.

Stonowana reakcja nie wynika z niedowierzania. Czternastu z 16 analityków nadal ma dla IBM ocenę „kupuj”. Średnia cena docelowa wynosi około 244 USD, co wskazuje na istotny potencjał wzrostu względem bieżącego kursu.

Wall Street nie wycenia jeszcze obliczeń kwantowych jako źródła przychodów w najbliższym czasie, niezależnie od wiarygodności wyników naukowych.

Ta rozbieżność mówi więcej o obecnej sytuacji IBM niż o samej technologii kwantowej. Spółka nie osiągnęła oczekiwanych przychodów w drugim kwartale i obniżyła całoroczne prognozy wzrostu. Inwestorzy nadal oceniają, co oznacza to dla pozostałej części działalności.

Wiarygodny eksperyment kwantowy nie rozwiązuje problemu z wynikami w najbliższym czasie. Inwestorzy zareagowali na niego właśnie w ten sposób.

Skala problemu z wynikami była szczególnie widoczna 14 lipca. Akcje IBM spadły wtedy o 25%, co było ich największym jednodniowym spadkiem w historii. Firma poinformowała, że część klientów odłożyła wydatki inwestycyjne. Od tamtej pory kurs odrobił zaledwie 2%.

Krishna przedstawiał te opóźnienia jako przesunięcie transakcji w czasie, a nie utratę biznesu. Zaznaczył, że około 40% odłożonych umów zostało sfinalizowanych w ciągu trzech–czterech tygodni.

Przewaga kwantowa nie oznacza jeszcze zysków

IBM udowodnił w tym tygodniu coś z zakresu technologii, a nie komercjalizacji. Ściśle rozumiana przewaga obliczeń kwantowych pokazana w czwartek nie jest tym samym co klient płacący za usługę.

IBM i jego konkurenci, w tym Google oraz mniejsze firmy skupione wyłącznie na technologii kwantowej, takie jak Rigetti i IonQ, nadal nie mogą wskazać zastosowania biznesowego, które komputer kwantowy rozwiązywałby na istotną komercyjnie skalę, a komputer klasyczny nie byłby w stanie go rozwiązać.

Krishna wskazał jednak konkretny termin. W programie „Mad Money” stwierdził, że do 2028 lub 2029 roku obliczenia kwantowe powinny mieć „mierzalny wpływ” na przychody i zyski IBM. Powiedział też, że do końca lat 30. firma dostrzega w tej technologii „wartość rzędu biliona dolarów”.

Krytycy odpowiadają, że komercjalizacja pozostaje odległa z powodu wysokiego poziomu błędów, złożoności sprzętu oraz problemów ze skalowaniem technologii.

W maju IBM przeznaczył 1 mld USD własnego kapitału na budowę samodzielnej fabryki układów kwantowych. Tę samą kwotę firma otrzymała w formie dotacji od amerykańskiego Departamentu Handlu w ramach programu CHIPS. Własne drogi do komercjalizacji rozwijają również Alphabet i Rigetti Computing.

Zmiana, którą pokazał IBM, jest węższa, ale trwalsza niż pojedynczy ruch kursu akcji. Przez siedem lat firma budowała wiarygodność, której brakowało twierdzeniu Google z 2019 roku. W tym tygodniu wykorzystała tę wiarygodność jako najważniejszy element swojej oferty, zanim jeszcze znaczenie zyska liczba kubitów czy nazwa procesora.

Kolejny etap rywalizacji w obliczeniach kwantowych nie rozstrzygnie się wyłącznie na podstawie tego, kto jest najszybszy albo pierwszy. Znaczenie będzie miało to, komu uwierzą badacze, konkurenci, a ostatecznie także inwestorzy — oraz czy ta wiara przełoży się kiedyś na pozycję w przychodach, a nie tylko na publikację naukową.