Тому я досить уважно стежив за розвитком у сфері квантових обчислень, і чесно кажучи, 2024 рік відчувався інакше, ніж звичайний цикл хайпу. Зазвичай ви отримуєте одне велике оголошення, якусь астрономічну цифру, яка мало що означає, і потім мовчання ще на рік. Цього разу було справді інакше — ми отримали три великі прориви від зовсім різних компаній, які використовували зовсім різні підходи, і все це сталося за кілька місяців один від одного. Це той тип патерну, який свідчить, що галузь справді рухається вперед.

Дозвольте мені розбити, що саме сталося, бо останні прориви у квантових обчисленнях 2024 року були не просто поступовими. Google випустила Willow у грудні — 105-квітний надпровідний процесор, який зробив те, чого галузь прагнула близько 30 років. Вони додали більше кубітів, і рівень помилок знизився, а не зріс. Я знаю, що це звучить очевидно, але це справді велика справа. Вся проблема з квантовими системами полягала в тому, що масштабування означало більше шуму, більше нестабільності, все ставало хаотичнішим. Willow порушила цей патерн. Вони продемонстрували те, що дослідники називають «під-поріг» роботою, що в основному означає, що масштабування тепер справді допомагає, а не шкодить.

Бенчмарк, який вони провели поруч, привернув багато уваги — Willow зробила випадкове зразкове обчислення за менше ніж п’ять хвилин, що зайняло б класичним суперкомп’ютерам 10 септильйонів років. Це справжнє число, опубліковане у Nature з повною методологією, що важливо, бо попередні квантові заяви отримували серйозну критику. Але чесно кажучи: цей бенчмарк все ще досить вузький. Він доводить, що певні обчислення є класично непрактичними, але це ще не означає, що Willow вже виконує відкриття ліків або моделювання клімату. Що він показує — це те, що масштабне квантове обчислення з корекцією помилок більше не є теоретичним — це реальний інженерний шлях.

Потім були роботи Microsoft і Quantinuum, які чесно кажучи отримали менше широкого висвітлення, але набагато більше уваги від дослідників. У квітні 2024 року вони продемонстрували логічні кубіти з рівнями помилок у 800 разів нижчими за фізичні кубіти, з яких вони були створені. Це важливо: фізичні кубіти — це шумні апаратні блоки, логічні кубіти — побудовані шляхом об’єднання кількох фізичних кубітів, щоб виявляти і виправляти помилки. Проблема завжди полягала в тому, що потрібно було так багато фізичних кубітів для побудови логічних, що це здавалося непрактичним. Зменшення помилок у 800 разів змінює цю рівновагу.

У листопаді Microsoft просунулася далі з Atom Computing — вони створили та заплутали 24 логічні кубіти, використовуючи ультра-холодні нейтральні атоми ytterbium. Це зовсім інша апаратна архітектура, ніж підхід Google. Потім Quantinuum у грудні досягли 50 логічних кубітів. Важливість тут у тому, що кілька життєздатних шляхів до fault-tolerant квантових обчислень просуваються одночасно. Це вже не галузь, яка ставить все на один підхід.

Вклад IBM був тихішим, але не менш важливим для розуміння, звідки справді беруться практичні квантові обчислення. Процесор Heron R2, запущений у листопаді з 156 кубітами і дійсно вражаючими показниками продуктивності. Їхні рівні помилок двокубітних гейтів знизилися до 8×10⁻⁴, і задачі, що раніше займали понад 120 годин, тепер виконуються приблизно за 2,4 години. Це 50-кратне прискорення для обчислень практичного масштабу. Вони також опублікували новий код виправлення помилок під назвою двовимірний велосипедний qLDPC, який досягає схожого пригнічення помилок, використовуючи лише 144 даних кубіти замість 3000 — зменшення накладних витрат у 10 разів. Це той тип підвищення ефективності, що робить fault-tolerant квантові обчислення менш далеким мрією і більше інженерною проблемою з рішенням.

Однак багато хто пропускає: останні прориви у квантових обчисленнях 2024 року також включали щось, що не пов’язане з квантовим процесором взагалі. NIST опублікував перші стандарти пост-квантової криптографії у серпні. Два з трьох алгоритмів походять із IBM Research. Це важливо, бо вперше глобальний орган стандартів фактично заявив: «Квантові комп’ютери, здатні зламати сучасне шифрування, вже не є теоретичними». Уряди та підприємства мають почати перехід зараз, перш ніж криптографічно релевантні квантові комп’ютери реально з’являться. Цей термін зазвичай становить десятиліття або більше від публікації стандарту до широкого впровадження.

Давайте чесно скажемо, що 2024 рік довів і чого не довів. Він не довів, що квантові обчислення «наступили» для практичних застосувань. Willow ще не виконує відкриття ліків. Ці 50 логічних кубітів можуть виявляти помилки, але повна корекція помилок ще в процесі розробки. Підхід Microsoft з нейтральними атомами вимагає лазерної інфраструктури, якої ще не існує у масштабі. Процесор IBM Starling, їх перша повністю виправлена система, прогнозується до 2029 року.

Що справді довів 2024 рік — це важливіше: галузь перестала рухатися в одному напрямку і почала розвиватися у всіх напрямках одночасно. Апаратне забезпечення, виправлення помилок, логічні кубіти, ефективність програмного забезпечення, криптографічні стандарти — все рухається одночасно. Наукова спільнота почала діяти менше як теоретичні фізики і більше як інженери з конкретними етапами, які можна перевірити і відтворити.

Глядячи на 2025 і далі, останні прориви у квантових обчисленнях 2024 року фактично закладають наступний етап. Google працює над повною fault-tolerant операцією. Microsoft орієнтується на 50-100 заплутаних логічних кубітів у комерційних впровадженнях протягом кількох років. IBM ставить на Starling, щоб нарешті перейти від квантової корисності до квантової переваги для комерційно цінних задач. Траєкторія послідовна: питання вже не в тому, чи можливо масштабне квантове обчислення з корекцією помилок. 2024 рік довів, що це можливо за кількома підходами. Тепер справа в тому, який підхід масштабується найшвидше і коли з’являться застосунки, що виправдовують інвестиції.