Хорошо, я следил за квантовыми вычислениями достаточно внимательно, чтобы понять, когда обычный цикл хайпа просто вращается, а когда что-то действительно меняется. 2024 год казался другим. Не из-за одного объявления, а потому что за несколько месяцев три отдельные команды, использующие совершенно разные аппаратные подходы, достигли важных вех. Когда это происходит одновременно во всей области, это означает, что мы действительно движемся вперёд, а не просто повторяем одни и те же пресс-релизы.

Позвольте мне разобрать, что на самом деле продемонстрировали последние достижения в квантовых вычислениях 2024 года и почему это важно за пределами заголовков.

Google выпустила Willow в декабре — 105-кьюбитный сверхпроводниковый процессор, который сделал то, чего область добивалась 30 лет. По мере увеличения числа кьюбитов уровень ошибок снижался, а не увеличивался. Это вся суть. В течение десятилетий больше кьюбитов означало больше шума, больше каскадных сбоев. Willow разрушила эту зависимость своей архитектурой коррекции ошибок, достигнув того, что они называют «ниже порога» работы. Эталон, который они опубликовали, был впечатляющим — вычисление за менее чем пять минут, которое классические суперкомпьютеры потратили бы 10 септиллионов лет. Но вот честная часть: этот эталон узкий. Он доказывает, что случайное выборочное моделирование схем работает, но это не значит, что Willow уже запускает симуляции поиска лекарств. Настоящая ценность — архитектурная: она показывает, что крупномасштабные квантовые вычисления с коррекцией ошибок уже не теоретические.

Между тем, Microsoft и Quantinuum уже опубликовали что-то в апреле, что получило меньше внимания, но было, пожалуй, более значимым для исследователей. Логические кьюбиты с уровнями ошибок в 800 раз ниже, чем у физических кьюбитов, из которых они состоят. Вот важное различие: физические кьюбиты — это шумные аппаратные блоки, логические кьюбиты строятся из нескольких физических кьюбитов, расположенных так, чтобы обнаруживать и исправлять ошибки без разрушения вычислений. Перегрузка всегда была жесткой, но улучшение в 800 раз меняет математику. Затем, в ноябре, Microsoft, работая с Atom Computing, запутала 24 логических кьюбита с помощью ультра-холодных нейтральных атомов — совершенно другой аппаратной архитектуры, что сигнализирует о нескольких жизнеспособных путях вперёд. Quantinuum продвинулся дальше и достиг 50 логических кьюбитов к декабрю.

Вклад IBM был менее заметным, но не менее важным. Heron R2 в ноябре — 156 кьюбитов с ошибками двухкьюбитных гейтов на уровне 8×10⁻⁴. Задачи, которые раньше занимали более 120 часов, теперь выполняются за 2,4 часа. Это тот вид взвешенного, постепенного доказательства, на котором строит свою репутацию IBM. Они также опубликовали новый код коррекции ошибок — двовариантный велосипедный qLDPC-код, который сокращает накладные расходы на кодирование логического кьюбита в 10 раз. Это повышение эффективности — то, что переводит квантовые вычисления с отказоустойчивостью из «отдаленной цели» в «инженерную задачу с решением».

Затем есть стандарты пост-квантовой криптографии NIST в августе. Это не кажется прорывом в квантовых вычислениях, но так и есть. Впервые глобальный орган стандартизации официально признал, что квантовые компьютеры, способные взломать текущие системы шифрования, уже не теоретические. Переход от стандарта к внедрению займет более десятилетия, поэтому правительства и предприятия должны начать уже сейчас. Особенно в контексте блокчейна — безопасность кошельков, проверка транзакций, смарт-контракты, все основаны на асимметричном шифровании, которое в конечном итоге потребует квантоустойчивых альтернатив.

Вот что действительно важно в последних достижениях в квантовых вычислениях 2024 года: область перестала двигаться в одном направлении и начала развиваться во всех направлениях одновременно. Улучшения аппаратного обеспечения, коррекция ошибок, логические кьюбиты, эффективность программного обеспечения, криптографические стандарты. Она стала больше напоминать инженерное дело, а не теоретическую физику, с независимыми вехами, которые можно проверить.

Но давайте будем честны о недостатках. Willow пока не запускает приложения, которые обещает его дорожная карта. Коррекция ошибок логических кьюбитов всё ещё сложнее, чем их обнаружение. Подход Microsoft с нейтральными атомами требует лазерной инфраструктуры, которой пока не существует в масштабах. Первая полностью исправленная система IBM, Starling, появится только к 2029 году.

Что изменилось — это траектория. Вопрос сместился с «возможно ли крупномасштабное квантовое вычисление с коррекцией ошибок» на «какой подход масштабируется быстрее». Это переход от исследований к инженерии, и именно это 2024 год наглядно доказал.