Итак, я изучал последние достижения в области квантовых вычислений 2024 года, и честно говоря, в этом году ощущается нечто иное, чем обычный цикл хайпа. Вместо одного масштабного объявления, которое исчезает в никуда, мы получили три совершенно отдельных крупных развития от разных компаний, использующих совершенно разные аппаратные подходы. Это именно тот паттерн, который действительно сигнализирует о движении области вперёд, а не просто вращении на месте.

Позвольте мне объяснить, что именно произошло, потому что детали важнее заголовков. Google выпустила Willow в декабре — 105-кьюбитный сверхпроводниковый чип, который сделал то, чего область добивалась около 30 лет. Когда они добавили больше кьюбитов, уровень ошибок снизился, а не вырос. Это кажется очевидным, пока не поймёшь, что это противоположно тому, что делала квантовая вычислительная техника всегда. Больше кьюбитов всегда означало больше шума, каскадных ошибок, меньшую надёжность. Willow изменила эту уравнение, используя свою архитектуру коррекции ошибок. Они выполнили вычисление за менее чем пять минут, которое классические суперкомпьютеры бы завершили за 10 септильонов лет. Да, 10 в степени 25. Важна и публикация в Nature — предыдущие заявления о квантовом превосходстве подвергались серьёзной критике, поэтому наличие рецензируемой методологии действительно важно.

Но вот в чём дело: тест Willow всё ещё узкий. Он доказывает, что определённые вычисления классически неосуществимы, а не то, что мы внезапно решаем задачи по обнаружению лекарств или моделированию климата завтра. Настоящая ценность — архитектурная: она доказывает, что крупномасштабное квантовое вычисление с коррекцией ошибок уже не только теория.

Затем есть работа Microsoft и Quantinuum из апреля, которая получила меньше внимания в прессе, но, вероятно, больше интереса со стороны исследователей. Они создали логические кьюбиты с уровнем ошибок в 800 раз ниже, чем у физических кьюбитов, лежащих в их основе. Это настоящая граница в квантовых вычислениях — физические кьюбиты шумные и хрупкие, а логические кьюбиты кодируют информацию избыточно, чтобы ошибки можно было обнаружить и исправить. Проблема всегда заключалась в том, что для построения логического кьюбита требовалось так много физических кьюбитов, что накладные расходы убивали всю концепцию. Улучшение в 800 раз полностью меняет этот расчёт.

В ноябре Microsoft продвинулась дальше, работая с Atom Computing для создания и запутывания 24 логических кьюбита с помощью ультра-холодных нейтральных атомов ytterbium. 99,963% точности при операциях с одним кьюбитом. Совершенно другая аппаратная архитектура, что важно, потому что это означает, что работают несколько жизнеспособных путей, а не ставка на один подход. Затем Quantinuum достиг 50 запутанных логических кьюбита в декабре. Это уже не будущее — это настоящее.

Вклад IBM был более тихим, но заслуживающим внимания. Их процессор Heron R2 достиг 156 кьюбитов в ноябре с ускорением в 50 раз при выполнении задач, которые ранее занимали 120 часов. Более важно — их новый код коррекции ошибок — двовариантный bicycle qLDPC-код, который достигает такого же подавления ошибок, как и обычные коды, но с в 10 раз меньшими накладными расходами. Это повышение эффективности делает квантовые вычисления с отказоустойчивостью похожими на инженерную задачу с решением, а не на теоретическую невозможность.

Вот что упускается из виду: NIST опубликовал первые стандарты пост-квантовой криптографии в августе. Это важно, потому что впервые крупный орган по стандартизации официально признал, что квантовые компьютеры, способные взломать текущие шифры, уже не являются чисто теоретическими. Правительства и предприятия должны начать переходить сейчас. Время от публикации стандарта до широкого внедрения обычно составляет десятилетия или больше, так что отсчёт начал 2024 год.

Рассматривая все последние достижения в квантовых вычислениях 2024 года, можно сказать, что область в основном доказала, что перестала двигаться в одном направлении и начала прогрессировать по всем измерениям одновременно — аппаратное обеспечение, коррекция ошибок, логические кьюбиты, эффективность программного обеспечения. Она перешла от роли теоретической физики к роли инженерии с независимыми проверяемыми этапами.

Значит ли это, что квантовые вычисления уже пришли? Не совсем. Willow ещё не запускает приложения по обнаружению лекарств. Логические кьюбиты Quantinuum могут обнаруживать ошибки, но полная коррекция ошибок всё ещё разрабатывается. Системы нейтральных атомов Microsoft требуют инфраструктуры, которой ещё не существует в масштабах. Полностью исправленный процессор Starling IBM ожидается только к 2029 году.

Но что действительно имело значение в 2024 году — это доказательство того, что область может прогрессировать по нескольким подходам одновременно. Вопрос сместился с «возможно ли крупномасштабное квантовое вычисление с коррекцией ошибок» на «какой подход масштабируется быстрее и когда практические приложения оправдают инвестиции». Это принципиально другой разговор, чем несколько лет назад.