Итак, я внимательно следил за развитием квантовых вычислений, и честно говоря, 2024 год показался мне отличающимся от обычного цикла хайпа. Обычно вы получаете одно крупное объявление, какую-то астрономическую цифру, которая мало что значит, и затем тишина еще на год. На этот раз было действительно иначе — мы получили три крупных прорыва от совершенно разных компаний, использующих совершенно разные подходы, все в течение нескольких месяцев. Такой паттерн говорит о том, что область действительно движется вперед.

Позвольте мне объяснить, что именно произошло, потому что последние достижения в квантовых вычислениях 2024 года были не просто постепенными. Google выпустила Willow в декабре — 105-кьюбитный сверхпроводниковый процессор, который сделал то, чего область добивалась около 30 лет. Они добавили больше кубитов, и уровень ошибок снизился, а не вырос. Звучит очевидно, но это действительно большое событие. Вся проблема с квантовыми системами заключалась в том, что масштабирование означало больше шума, больше нестабильности, все становилось более запутанным. Willow нарушила этот паттерн. Они продемонстрировали то, что исследователи называют «операцией ниже порога», что в основном означает, что масштабирование теперь действительно помогает, а не вредит.

Бенчмарк, который они запустили вместе с этим, привлек много внимания — Willow выполнила случайное моделирование схемы за менее чем пять минут, тогда как классические суперкомпьютеры потребовали бы 10 секстильлионов лет. Это реальное число, опубликованное в Nature, с полным описанием методологии, что важно, потому что предыдущие квантовые заявления подвергались критике. Но честно говоря: этот бенчмарк все еще довольно узкий. Он доказывает, что некоторые вычисления действительно невозможно выполнить классическими средствами, но это еще не значит, что Willow уже занимается разработкой лекарств или моделированием климата. Что он показывает — это то, что крупномасштабное квантовое вычисление с исправлением ошибок уже не просто теория — это реальный инженерный путь.

Затем у вас были работы Microsoft и Quantinuum, которые, честно говоря, получили меньше мейнстримового освещения, но гораздо больше внимания со стороны реальных исследователей. В апреле 2024 года они продемонстрировали логические кубиты с уровнем ошибок в 800 раз ниже, чем у физических кубитов, из которых они состоят. Эта разница важна: физические кубиты — это шумные аппаратные блоки, логические кубиты создаются путем объединения нескольких физических кубитов, чтобы можно было обнаруживать и исправлять ошибки. Проблема всегда заключалась в том, что для построения логических кубитов требовалось так много физических, что это казалось непрактичным. Уменьшение ошибок в 800 раз меняет этот расчет.

Microsoft продвинуло это дальше в ноябре с помощью Atom Computing — они создали и запутали 24 логических кубита, используя ультрахолодные нейтральные атомы ytterbium. Совершенно другая архитектура оборудования по сравнению с подходом Google. Затем Quantinuum достигли 50 логических кубитов в декабре. Значение этого в том, что одновременно развиваются несколько жизнеспособных путей к отказоустойчивому квантовому вычислению. Это уже не поле, которое ставит все на один подход.

Вклад IBM был менее заметным, но не менее важным для понимания того, откуда вообще берутся практические квантовые вычисления. Процессор Heron R2 запустили в ноябре с 156 кубитами и действительно впечатляющими показателями. Их уровень ошибок двухкубитных ворот снизился до 8×10⁻⁴, а задачи, которые раньше занимали более 120 часов, теперь выполнялись примерно за 2,4 часа. Это ускорение в 50 раз для вычислений практического масштаба. Они также опубликовали новый код исправления ошибок — двовариантный велосипедный код qLDPC, который достигает сопоставимого подавления ошибок, используя всего 144 данных кубита вместо 3000 — снижение накладных расходов в 10 раз. Такой прирост эффективности делает отказоустойчивое квантовое вычисление менее далеким сном и больше похожим на инженерную задачу с решением.

Но что люди упускают из виду: последние достижения в квантовых вычислениях 2024 года также включали то, что вообще не связано с квантовым процессором. NIST опубликовал первые стандарты постквантовой криптографии в августе. Два из трех алгоритмов разработаны в IBM Research. Это важно, потому что впервые глобальный орган по стандартизации фактически заявил: «Квантовые компьютеры, способные взломать текущие системы шифрования, больше не являются теоретическими». Правительства и предприятия должны начать переход уже сейчас, до того как квантовые компьютеры, способные к криптографической атаке, реально появятся. Этот срок обычно составляет десятилетия или более от публикации стандарта до широкого внедрения.

Давайте честно скажем, что 2024 год доказал и не доказал. Он не доказал, что квантовые вычисления «пришли» для практических приложений. Willow еще не занимается разработкой лекарств. Эти 50 логических кубитов могут обнаруживать ошибки, но полное исправление ошибок еще в разработке. Подход Microsoft с нейтральными атомами требует лазерной инфраструктуры, которой пока нет в масштабах. Процессор IBM Starling, их первый полностью исправленный системный блок, ожидается не раньше 2029 года.

Что 2024 действительно доказал — это более важное: область перестала развиваться в одном направлении и начала развиваться во всех направлениях одновременно. Аппаратное обеспечение, исправление ошибок, логические кубиты, эффективность программного обеспечения, криптографические стандарты — все движется одновременно. Исследовательское сообщество стало действовать скорее как инженеры, а не как теоретические физики, с этапами, которые можно проверить и воспроизвести.

Глядя на 2025 год и дальше, последние достижения в квантовых вычислениях 2024 года в основном подготовили следующую фазу. Google работает над полным отказоустойчивым режимом. Microsoft ориентируется на 50-100 запутанных логических кубитов в коммерческих развертываниях в ближайшие годы. IBM делает ставку на Starling, чтобы наконец перейти от квантовой полезности к квантовому преимуществу для коммерчески ценных задач. Траектория ясна: вопрос уже не в том, возможна ли крупномасштабная квантовая вычислительная система с исправлением ошибок. 2024 год показал, что это возможно по нескольким подходам. Теперь вопрос — какой из них масштабируется быстрее и когда появятся приложения, оправдывающие инвестиции.