Тому я вже деякий час слідкую за сферою квантових обчислень, і те, що сталося наприкінці 2024 року, справді відрізнялося від звичайного циклу хайпу. Замість того, щоб одна компанія випускала прес-реліз з неможливими цифрами і зникала з радарів, ми отримали три окремі прориви від зовсім різних команд, що використовували зовсім різні апаратні підходи — все це сталося за кілька місяців один від одного. Саме тоді стає зрозуміло, що в цій галузі відбувається щось справді важливе.

Дозвольте мені розбити, що насправді мало значення. Чіп Willow від Google у грудні був головною новиною, і цілком заслужено. Вони створили 105-кюбітний надпровідний процесор і довели щось, чого дослідники прагнули десятиліттями: додавання більшої кількості кюбітів фактично знижує рівень помилок, а не підвищує його. Звучить тривіально, поки не зрозумієш, що це була основна проблема, яка стримувала всю галузь. Більше кюбітів означало більше шуму, більшу нестабільність, каскадні помилки скрізь. Willow зламав цей шаблон, використовуючи свою архітектуру корекції помилок для досягнення того, що вони називають роботою нижче порогу. Бенчмарк, який вони провели поруч, став миттєвим об'єктом для всіх технічних ЗМІ — обчислення, яке класичні суперкомп’ютери виконали б за 10 секстильйонів років, завершилися менш ніж за п’ять хвилин. Хартмут Невен, керівник квантової команди Google, фактично сказав, що ми вже перейшли точку беззбитковості. Технічні деталі опубліковані у Nature, що важливо, оскільки попередні квантові заяви отримували справедливу критику за брак прозорості.

Але ось чесна частина: тест Willow все ще вузький. Він доводить, що певні обчислення неможливі для класичних систем, а не що ми раптом починаємо запускати симуляції відкриття ліків. Реальна цінність архітектурна — вона показує, що масштабне квантове обчислення з корекцією помилок вже не є якимось теоретичним обмеженням. Це справжній інженерний шлях.

Що, ймовірно, отримало менше уваги, але справді вразило дослідників більше, — це те, що зробили Microsoft і Quantinuum раніше у 2024 році. Вони створили логічні кюбіти з рівнями помилок у 800 разів нижчими за фізичні кюбіти, що їх підтримують. Це розрізнення між фізичними та логічними кюбітами — все. Фізичні кюбіти — це шумні апаратні блоки. Логічні кюбіти об’єднують кілька фізичних кюбітів із запасом, щоб помилки можна було виявляти і виправляти без знищення всього обчислення. Раніше проблема була в тому, що для логічних кюбітів потрібно було так багато фізичних, що накладні витрати робили їх непрактичними. Покращення у 800 разів повністю змінює цю розрахунок.

Microsoft просунулися далі з Atom Computing у листопаді, успішно створивши та заплутуючи 24 логічні кюбіти за допомогою ультра-холодних нейтральних атомів ytterbium — досягли 99,963% точності у операціях з одним кюбітом і 99,56% у двокюбітних воротах. Потім Quantinuum піднялися до 50 заплутаних логічних кюбітів. Значущість тут у тому, що кілька абсолютно різних апаратних архітектур одночасно роблять прогрес. Ми більше не ставимо все на одну технологію. Google використовує надпровідні трансмони, Microsoft — нейтральні атоми, і галузь рухається вперед у всіх напрямках.

Вклад IBM у 2024 році був тихішим, але не менш важливим для тих, хто думає про практичне впровадження. Процесор Heron R2 досяг 156 кюбітів із рівнями помилок двокюбітних гейтів 8×10⁻⁴ і може виконувати схеми з до 5000 двокюбітних операцій. Навантаження, яке раніше займало понад 120 годин, тепер виконується за 2,4 години — приблизно у 50 разів швидше. IBM також завершили свій виклик 100×100, запустивши схему з 100 кюбітами на глибині 100, що вважається корисним масштабом обчислень, які не можна перебити класичними методами. Більш технічно значущим було їхнє опубліковане у Nature дослідження про двовимірний велосипедний код qLDPC, який досягає пригнічення помилок за допомогою 144 даних кюбітів замість 3000, необхідних для традиційних поверхневих кодів. Це 10-кратне підвищення ефективності, і саме таке робить квантові обчислення з відмовостійкою корекцією більш реальним інженерним завданням, а не далекою мрією.

Також була четверта розробка, про яку ніхто особливо не говорить. NIST у серпні 2024 року опублікував перші стандарти пост-квантової криптографії — алгоритми, спрямовані на опір атакам майбутніх квантових комп’ютерів. Чому це включено до останніх проривів у квантових обчисленнях 2024? Тому що це перше офіційне визнання міжнародного стандартного органу, що криптографічно релевантні квантові комп’ютери вже не є теоретичними. Уряди та підприємства мають починати перехід уже зараз, перш ніж ці машини з’являться. Термін впровадження зазвичай становить десятиліття і більше, тому час іде. Для інфраструктури блокчейну та цифрових активів це безпосередньо актуально — шифрування гаманців, безпека транзакцій, смарт-контракти — все це рано чи пізно потребуватиме квантово-стійких замін.

Дозвольте мені чітко сказати, що 2024 рік насправді довів і чого не довів. Willow ще не запускає застосунки для відкриття ліків. 50 логічних кюбітів Quantinuum можуть виявляти помилки, але повна корекція помилок ще в процесі розробки. Нейтральний атомний підхід Microsoft потребує лазерної інфраструктури, якої ще не існує у масштабі. Heron R2 від IBM — найбільш практично впроваджена система з реальними клієнтами, які вже запускають навантаження, але перший повністю коректований процесор Starling IBM очікується лише до 2029 року.

Що більш важливо, — галузь перестала рухатися в одному напрямку і почала одночасно розвиватися у всіх напрямках. Апаратне забезпечення, корекція помилок, логічні кюбіти, ефективність програмного забезпечення, криптографічні стандарти — все рухається вперед одночасно. Наукова спільнота перейшла від режиму теоретичної фізики до інженерного режиму, з досягненнями, які можна незалежно перевірити і відтворити. Це справжня історія останніх проривів у квантових обчисленнях 2024 року.

Траєкторія 2025–2026 вже стає очевидною. Google прагне до роботи з відмовостійкістю понад нижче порогу. Microsoft орієнтується на 50-100 заплутаних логічних кюбітів у комерційних впровадженнях із урахуванням застосувань у матеріалознавстві. Процесор Starling від IBM має на меті 100 мільйонів гейтів на 200 кюбітів із корекцією за схемою Gross. Галузь більше не ставить питання, чи можливо масштабне квантове обчислення з корекцією помилок — 2024 довів, що так, і на кількох апаратних підходах. Тепер питання у тому, який підхід масштабується найшвидше і коли застосунки виправдають інвестиції.