Итак, я уже некоторое время слежу за развитием квантовых вычислений, и то, что произошло в конце 2024 года, действительно отличалось от обычного цикла хайпа. Вместо того чтобы одна компания выпустила пресс-релиз с невозможными цифрами, а затем наступила радиомолчание, мы получили три отдельных прорыва от совершенно разных команд, использующих совершенно разные аппаратные подходы — всё в течение нескольких месяцев друг от друга. Тогда становится понятно, что в области происходит что-то настоящее.

Позвольте мне объяснить, что действительно имело значение. Чип Willow от Google в декабре был главным событием, и по вполне уважительным причинам. Они создали сверхпроводящий процессор на 105 кубитах и доказали то, чего исследователи добивались десятилетиями: добавление большего количества кубитов действительно снижало уровень ошибок, а не увеличивало его. Звучит тривиально, пока не поймешь, что это была основная проблема, сдерживавшая всю область. Больше кубитов означало больше шума, больше нестабильности, каскад ошибок повсюду. Willow сломал этот паттерн, используя свою архитектуру коррекции ошибок для достижения так называемой работы ниже порога. Эталонный тест, который они провели вместе с этим, стал мгновенной темой для всех технологических СМИ — вычисление, которое классические суперкомпьютеры выполняли бы за 10 септиллионов лет, завершилось менее чем за пять минут. Хартмут Невен, руководитель квантовой команды Google, в основном заявил, что мы уже перешли точку безубыточности. Технические детали были опубликованы в журнале Nature, что действительно важно, потому что предыдущие заявления о квантовых вычислениях критиковали за недостаточную прозрачность.

Но вот честная часть: тест Willow всё ещё узкий. Он доказывает, что некоторые вычисления невозможны для классических систем, а не то, что мы внезапно начинаем моделировать открытия лекарств. Настоящая ценность — архитектурная — она показывает, что крупномасштабные квантовые вычисления с коррекцией ошибок — это уже не какая-то теоретическая вершина. Это реальный инженерный путь.

Что, вероятно, привлекло меньше внимания, но действительно произвело впечатление на исследователей, — это то, что сделали Microsoft и Quantinuum ранее в 2024 году. Они создали логические кубиты с уровнями ошибок в 800 раз ниже, чем у физических кубитов, лежащих в их основе. Это различие между физическими и логическими кубитами — всё. Физические кубиты — это шумные аппаратные блоки. Логические кубиты объединяют несколько физических кубитов избыточно, чтобы ошибки можно было обнаруживать и исправлять без разрушения всей вычислительной задачи. Раньше проблема заключалась в том, что для логических кубитов требовалось так много физических кубитов, что накладные расходы делали это непрактичным. Улучшение в 800 раз полностью меняет эту оценку.

Microsoft продвинулся дальше с Atom Computing в ноябре, успешно создав и запутав 24 логических кубита с помощью ультрахолодных нейтральных атомов ytterbium — достигнув 99,963% точности при однокубитных операциях и 99,56% при двухкубитных воротах. Затем Quantinuum достиг 50 запутанных логических кубитов. Значение этого в том, что несколько совершенно разных аппаратных архитектур одновременно делают прогресс. Мы больше не делаем ставку только на один подход. Google использует сверхпроводящие транзисторы, Microsoft — нейтральные атомы, и развитие идет по всем направлениям.

Вклад IBM в 2024 году был более тихим, но не менее важным для тех, кто задумывается о практическом внедрении. Процессор Heron R2 достиг 156 кубитов с ошибками двухкубитных ворот на уровне 8×10⁻⁴ и способен выполнять цепочки из до 5000 двухкубитных операций. Работы, которые раньше занимали более 120 часов, теперь выполняются за 2,4 часа — примерно в 50 раз быстрее. IBM также завершила свой вызов 100×100, запустив цепочку из 100 кубитов с глубиной 100, что считается вычислением масштаба, который невозможно решить классическими методами методом перебора. Более технически значимым было их опубликование в Nature о двувариантном bicycle qLDPC-коде, который достигает подавления ошибок, используя 144 данных кубита вместо 3000, как это требуется в обычных поверхностных кодах. Это увеличение эффективности в 10 раз, и именно такие достижения делают квантовые вычисления с исправлением ошибок практически решаемой инженерной задачей, а не далекой мечтой.

Также был четвёртый аспект, о котором никто особо не говорит. NIST опубликовал первые стандарты постквантовой криптографии в августе 2024 года — алгоритмы, предназначенные для сопротивления атакам будущих квантовых компьютеров. Почему это включено в последние достижения в области квантовых вычислений 2024? Потому что это первое официальное признание международного стандарта, что криптографически значимые квантовые компьютеры уже не теоретическая концепция. Правительства и предприятия должны начать переходить сейчас, пока эти машины не появились. Время внедрения обычно составляет десятилетия или больше, и этот отсчет идет. Для инфраструктуры блокчейна и цифровых активов это напрямую актуально — шифрование кошельков, безопасность транзакций, смарт-контракты — всё в конечном итоге нуждается в квантово-устойчивых заменах.

Позвольте мне ясно сказать, что 2024 год действительно доказал, а что — нет. Willow пока не работает для приложений по обнаружению лекарств. 50 логических кубитов Quantinuum могут обнаруживать ошибки, но полная коррекция ошибок еще разрабатывается. Нейтрально-атомный подход Microsoft требует лазерной инфраструктуры, которой пока нет в масштабах. Heron R2 от IBM — наиболее практически внедренная система с реальными клиентами, выполняющими рабочие нагрузки, но полностью исправленный процессор Starling IBM планирует представить только к 2029 году.

Что важнее, так это то, что область перестала развиваться в одном направлении и начала развиваться во всех направлениях одновременно. Аппаратное обеспечение, коррекция ошибок, логические кубиты, эффективность программного обеспечения, криптографические стандарты — всё движется одновременно. Исследовательское сообщество перешло от режима теоретической физики к режиму инженерии, с достижениями, которые можно независимо проверить и воспроизвести. Это и есть настоящая история последних прорывов в квантовых вычислениях 2024 года.

Траектория на 2025–2026 годы уже становится ясной. Google работает над отказоустойчивой работой, превосходящей работу ниже порога. Microsoft нацелен на 50–100 запутанных логических кубитов в коммерческих внедрениях с учетом материаловедения. Процессор Starling от IBM стремится к 100 миллионам ворот на 200 исправленных кубитах с использованием схемы Гросса. Область уже не задается вопросом, возможна ли крупномасштабная квантовая вычислительная техника с исправлением ошибок — 2024 доказал, что да, на нескольких аппаратных подходах. Теперь вопрос в том, какой подход масштабируется быстрее и когда приложения оправдают инвестиции.