Я уже некоторое время внимательно слежу за квантовыми вычислениями, и должен сказать — 2024 год действительно отличался от обычного цикла хайпа. Каждый год появляется какое-то объявление, которое звучит как мировое прорыв, а потом ничего. В прошлом году казалось иначе. За несколько месяцев три совершенно разных команды, использующие абсолютно разные подходы, достигли важных вех одновременно. Когда такое происходит на разных аппаратных архитектурах, это действительно что-то значит. Область движется вперёд, а не просто крутится на месте. Позвольте мне объяснить, что именно произошло и почему это важно.

Начнем с объявления Google Willow в декабре 2024 года. Это вызвало весь ажиотаж, и честно говоря — по вполне заслуженным причинам. Они создали процессор на 105 кубитах в своем центре в Санта-Барбаре и продемонстрировали то, к чему исследователи шли почти 30 лет. Основное: добавление большего количества кубитов действительно снизило уровень ошибок, а не увеличило его. Звучит просто, но это не так. Весь долгий период проблема квантовых вычислений заключалась в том, что большие системы — это шумные системы. Чем больше кубитов, тем больше ошибок, которые накапливаются. Willow разрушил этот шаблон, используя свою архитектуру коррекции ошибок. Они достигли так называемой работы ниже порога — точки, где масштабирование действительно помогает, а не вредит.

Они опубликовали технические детали в журнале Nature, что важно, потому что предыдущие заявления о квантовых вычислениях получали серьезную критику. Публичность методологии для проверки — это действительно важное отличие. Бенчмарк, который они запустили вместе с этим, стал мгновенно знаменитым — Willow решил конкретную задачу за менее чем пять минут, тогда как современный лучший классический суперкомпьютер потребовал бы 10 септильонов лет. Это 10 в степени 25. Примерно миллион раз больше текущего возраста Вселенной. Хартмут Невен, основатель Google Quantum AI с 2012 года, заявил, что они уже перешли точку безубыточности.

Вот честная часть: тест Willow все еще узкий. Он доказал, что некоторые вычисления классически невозможны для этого чипа, но это не значит, что Willow уже может заниматься разработкой лекарств или моделированием климата. Реальная ценность — архитектурная: это показывает, что крупномасштабные квантовые вычисления с коррекцией ошибок — это уже не теория. Это реальный инженерный путь, который можно реализовать.

Но Willow в 2024 году была не одна. За восемь месяцев до этого объявления Microsoft и Quantinuum опубликовали что-то, что получило меньше общего освещения, но больше внимания специалистов в области. Они продемонстрировали логические кубиты с уровнем ошибок в 800 раз ниже, чем у физических кубитов, из которых они состоят. Это ключевое отличие, о котором за пределами исследовательского сообщества обычно не говорят. Физические кубиты — это реальное оборудование — шумное, чувствительное к температуре, вибрациям и всему остальному. Логические кубиты создаются путём объединения нескольких физических кубитов в структуру, которая хранит информацию избыточно, чтобы можно было обнаруживать и исправлять ошибки, не разрушая вычисление. Проблема всегда заключалась в том, что для построения логических кубитов требуется так много физических кубитов, что накладные расходы делали это непрактичным. Уменьшение уровня ошибок в 800 раз внезапно делает логические кубиты более реалистичными, а не только теоретическими.

Microsoft пошли дальше в ноябре 2024 года. Работая с Atom Computing, они создали и запутали 24 логических кубита, используя ультра-холодные нейтральные атомы ytterbium — еще один рекорд. Они достигли точности гейтов 99,963% для однобитных операций и 99,56% для двухбитных. Подход с нейтральными атомами использует лазерное охлаждение атомов, удерживаемых в месте с помощью оптических пинцетов. Совершенно другой аппаратный подход по сравнению с суперконденсаторным методом Google. Это важно, потому что означает, что одновременно развиваются несколько жизнеспособных путей к отказоустойчивым квантовым вычислениям. Область не ставит все на один подход.

Затем Quantinuum продвинулись еще дальше. В декабре 2024 года они запутали 50 логических кубитов — еще один рекорд. Эра логических кубитов уже не будущее. Она происходит сейчас.

Вклад IBM в 2024 году был менее заметным, но не менее важным, если вас интересует, откуда реально идут практические квантовые вычисления. В ноябре они представили процессор Heron R2 — 156 кубитов, второе поколение архитектуры Heron. Количество кубитов важнее не так, как показатели их эффективности. Их уровень ошибок двухквбитных гейтов снизился до 8×10^(-4). Теперь система может выполнять квантовые цепочки с до 5000 двухквбитных операций. Задачи, которые раньше занимали более 120 часов на их лучшем оборудовании, теперь выполняются примерно за 2,4 часа. Это примерно 50-кратное ускорение.

Ранее в 2024 году IBM также завершила свою самоназначенную задачу 100 на 100 — запуск цепочки из 100 кубитов с глубиной 100 за несколько часов. Это вычисления промышленного масштаба. То, что невозможно перебить классическими методами. Это пример взвешенного, постепенного прогресса, на котором IBM построила свою репутацию.

Более технически значимый результат IBM появился в статье в Nature о новом коде коррекции ошибок — бивариативном bicycle qLDPC коде. Традиционные квантовые коды на поверхности требуют примерно 3000 физических кубитов для кодирования одного надежного логического кубита. Новый код IBM достигает сопоставимого подавления ошибок, используя всего 144 данных кубита и 144 вспомогательных — в 10 раз меньше накладных расходов. Такой прирост эффективности делает отказоустойчивые квантовые вычисления менее далеким сном и более инженерной задачей с конкретным решением.

Вот часть, которая не так часто упоминается, но так же важна. В августе 2024 года NIST официально опубликовал первые стандарты постквантовой криптографии — алгоритмы, предназначенные противостоять атакам будущих квантовых компьютеров. Два из трех алгоритмов были разработаны исследователями IBM Research в Цюрихе. Почему это важно для прорывов в квантовых вычислениях? Потому что это первое конкретное признание международного стандартизирующего органа, что квантовые компьютеры, способные взломать текущие шифры, уже не только теория. Правительства и компании должны начать переходить сейчас, пока не появились криптоустойчивые квантовые компьютеры. Время перехода от публикации стандарта до широкого внедрения обычно составляет десятилетия или больше. Решение NIST в 2024 году запустило этот отсчет.

Для блокчейна и инфраструктуры цифровых активов это напрямую актуально. Текущие схемы шифрования, защищающие кошельки и транзакции, рано или поздно потребуют квантово-устойчивых альтернатив. Это не вопрос «если», а «когда».

Итак, что на самом деле доказал 2024 год и что — нет. Легко подумать, что квантовые вычисления уже пришли. Но это не так, и участвующие исследователи об этом ясно говорили. Willow пока не занимается разработкой лекарств. Она продемонстрировала коррекцию ошибок ниже порога и бенчмарк. Разрыв между этим и коммерчески полезными вычислениями все еще значителен. 50 логических кубитов Quantinuum могут обнаруживать ошибки, но полная коррекция ошибок — обнаружение и исправление без разрушения квантового состояния — еще сложнее и в процессе разработки. Рекорд Atom Computing использует нейтральные атомы, требующие очень сложной лазерной инфраструктуры, которой пока нет в масштабах. Heron R2 IBM — наиболее практически реализуемая система 2024 года. Она работает в квантовом облаке IBM, корпоративные клиенты используют ее, и бенчмарк 100 на 100 показывает результаты промышленного масштаба. Но полностью исправленная система Starling IBM ожидается только к 2029 году.

Что 2024 год действительно доказал — важнее, чем то, чего он не показал — это то, что область перестала развиваться в одном направлении и начала прогрессировать во всех одновременно — аппаратное обеспечение, коррекция ошибок, логические кубиты, эффективность программного обеспечения, криптографические стандарты. Как сообщество исследователей, оно стало больше походить на инженерную область с независимыми контрольными точками и возможностью их воспроизводства. Последние достижения в квантовых вычислениях 2024 года — это не только победа одной компании. Это зрелость всей экосистемы одновременно.

Глядя на траекторию развития после 2024 года, вопрос уже не в том, возможно ли крупномасштабное исправленное квантовое вычисление. Прорывы 2024 года подтвердили, что оно возможно на нескольких аппаратных подходах. Теперь вопрос — какой из них масштабируется быстрее и как быстро появятся приложения, оправдывающие инвестиции. Следующая цель Google — достижение полного отказоустойчивого режима. Roadmap Microsoft ориентирован на 50–100 запутанных логических кубитов в коммерческих развертываниях в ближайшие годы — достаточно для практических прорывов в материаловедении или химии, по их собственным оценкам. Процессор Starling IBM предназначен для перехода от квантовой полезности к квантовому преимуществу для коммерчески ценных задач.

Направление после 2024 года однозначно. Мы уже не спрашиваем, работает ли это. Мы спрашиваем, какой путь выиграет и как быстро. Это совершенно другой разговор, чем пять лет назад.