Я вже деякий час слідкую за квантовими обчисленнями, і мушу сказати — 2024 рік був справді відмінним від звичайного циклу хайпу. Щороку з’являється якась заява, що змінює світ, а потім — нічого. Минулого року відчувалося щось інше. За кілька місяців три абсолютно різні команди, що використовували зовсім різні підходи, досягли важливих віх одночасно. Коли таке трапляється у різних апаратних архітектурах, це дійсно щось означає. Галузь рухається вперед, а не просто крутиться на місці. Дозвольте розбити, що саме сталося і чому це важливо.

Почнемо з оголошення Google Willow у грудні 2024 року. Це привернуло всю увагу, і чесно кажучи — з хороших причин. Вони створили процесор на 105 кубітів у своєму центрі в Санта-Барбарі і продемонстрували щось, чого дослідники прагнули майже 30 років. Головне: додавання більшої кількості кубітів фактично знизило рівень помилок, а не навпаки. Це звучить просто, але не так. Вся проблема квантових обчислень десятиліттями полягала в тому, що більші системи — це більш шумні системи. Ви додаєте більше кубітів — отримуєте більше помилок, що поширюються скрізь. Willow зламала цей шаблон, використовуючи свою архітектуру корекції помилок. Вони досягли так званої роботи нижче порогу — точки, де масштабування дійсно допомагає, а не шкодить.

Вони опублікували технічні деталі у Nature, що важливо, оскільки попередні заяви про квантові обчислення отримували серйозну критику. Публічність методології для перевірки — це справжня різниця. Бенчмарк, який вони провели разом із цим, став миттєво відомим — Willow розв’язала конкретне обчислення за менше ніж п’ять хвилин, тоді як найкращий сучасний класичний суперкомп’ютер потребує 10 секстильйонів років. Це 10 у 25-й степені. Приблизно мільйон разів більше за нинішній вік Всесвіту. Хартмут Невен, засновник Google Quantum AI з 2012 року, фактично сказав, що вони вже перейшли точку беззбитковості.

Однак чесна частина: тест Willow все ще вузький. Він довів, що певні обчислення класично неможливі для цього чіпа, але це не означає, що Willow вже може запускати відкриття ліків або моделювання клімату. Реальна цінність архітектурна — вона показує, що масштабне коректне квантове обчислення — це вже не просто теорія. Це реальний інженерний шлях, який можна побудувати.

Але Willow у 2024 році була не єдиною. Вісім місяців до цього оголошення Microsoft і Quantinuum опублікували щось, що отримало менше загальної уваги, але більше — від дослідників у галузі. Вони продемонстрували логічні кубіти з рівнем помилок у 800 разів нижчим за фізичні кубіти, з яких вони були створені. Це ключова різниця, про яку зазвичай не говорять поза дослідницькою спільнотою. Фізичні кубіти — це реальне обладнання — вони шумні, чутливі до температури, вібрацій і всього іншого. Логічні кубіти створюються шляхом об’єднання кількох фізичних кубітів у структуру, яка зберігає інформацію з резервуванням, щоб можна було виявляти і коригувати помилки без руйнування обчислення. Проблема завжди полягала в тому, що для побудови логічних кубітів потрібно так багато фізичних, що накладні витрати робили це непрактичним. Зменшення рівня помилок у 800 разів раптом робить логічні кубіти реалістичними, а не теоретичними.

У листопаді 2024 року Microsoft зробила ще крок уперед. Співпрацюючи з Atom Computing, вони створили і заплутали 24 логічні кубіти, використовуючи ультра-холодні нейтральні атоми ytterbium — ще один рекорд. Вони досягли точності гейту 99.963% для одноволоконних операцій і 99.56% для двоволоконних. Метод нейтральних атомів використовує лазерне охолодження атомів, які тримаються на місці за допомогою оптичних щілин. Це зовсім інше обладнання, ніж у Google із надпровідними технологіями. Це важливо, оскільки означає, що кілька життєздатних шляхів до відмовостійкого квантового обчислення прогресують одночасно. Галузь не ставить все на один підхід.

Потім Quantinuum просунулася ще далі. Вони заплутали 50 логічних кубітів у грудні 2024 року — ще один рекорд. Ера логічних кубітів вже не майбутнє. Вона відбувається зараз.

Вклад IBM у 2024 році був тихим, але не менш важливим, якщо вас цікавить, звідки справжні практичні квантові обчислення. У листопаді вони представили процесор Heron R2 — 156 кубітів, друге покоління архітектури Heron. Кількість кубітів важлива менше, ніж те, що сталося з продуктивністю. Їхні рівні помилок двоволоконних гейтів знизилися до 8×10^(-4). Система тепер може виконувати квантові схеми з до 5000 двоволоконних операцій. Навантаження, яке раніше займало понад 120 годин на їхньому найкращому обладнанні, тепер виконується приблизно за 2,4 години. Це приблизно 50-кратне прискорення.

Раніше у 2024 році IBM також завершила свою самостійно поставлену задачу 100 на 100 — запускати схему з 100 кубітами і глибиною 100 за кілька годин. Це масштабні обчислення, які не можна просто перебрати класично. Це демонструє зважений, поступовий прогрес, на якому IBM будує свою репутацію.

Ще більш технічно значущим результатом IBM стала стаття у Nature про новий код корекції помилок — біваріантний велосипедний qLDPC-код. Традиційне квантове виправлення помилок із використанням поверхневих кодів потребує приблизно 3000 фізичних кубітів для кодування одного надійного логічного кубіта. Новий код IBM досягає подібного рівня пригнічення помилок, використовуючи лише 144 даних і 144 допоміжних кубіти — зменшення накладних витрат у 10 разів. Такий приріст ефективності робить відмовостійке квантове обчислення менш далеким мрією і більше — інженерною проблемою із чітким рішенням.

Ось частина, яка рідше згадується, але є такою ж важливою. У серпні 2024 року NIST офіційно опублікував перші стандарти пост-квантової криптографії — алгоритми, розроблені криптографами IBM Research у Цюріху. Чому це важливо для проривів у квантових обчисленнях? Тому що це перше конкретне визнання міжнародного стандартного органу, що квантові комп’ютери, здатні зламати сучасне шифрування, вже не є чистою теорією. Уряди та підприємства мають почати перехід зараз, перш ніж з’являться криптографічно релевантні квантові комп’ютери. Тривалість переходу від публікації стандартів до широкого впровадження зазвичай становить десятиліття або більше. Рішення NIST у 2024 році почало цей відлік.

Для блокчейну та інфраструктури цифрових активів це безпосередньо актуально. Поточні схеми шифрування, що захищають гаманці та транзакції, рано чи пізно потребуватимуть квантово-стійких альтернатив. Це не питання «може», а «коли».

Отже, що саме довів 2024 рік і чого ні — було б легко подумати, що квантові обчислення вже прийшли. Це не зовсім так, і дослідники це чітко заявляють. Willow ще не запускає застосунки для відкриття ліків. Вона продемонструвала корекцію помилок нижче порогу і бенчмарк. Різниця між цим і комерційно корисними обчисленнями ще дуже велика. 50 логічних кубітів Quantinuum можуть виявляти помилки, але повна корекція — виявлення і виправлення помилок без руйнування квантового стану — ще залишається складною проблемою. Рекорд Atom Computing використовує нейтральні атоми, що вимагає надзвичайно складної лазерної інфраструктури, якої ще не існує у масштабі. Heron R2 IBM — найпрактичніше впроваджена система 2024 року. Вона вже в квантовому хмарі IBM, корпоративні клієнти запускають на ній навантаження, і бенчмарк 100 на 100 демонструє корисні результати. Але перший цілком коректований системний процесор Starling IBM очікується не раніше 2029 року.

Що довів 2024 рік — важливіше, ніж те, чого він не зробив. Галузь перестала рухатися в одному напрямку і почала розвиватися одночасно у всіх — апаратне забезпечення, корекція помилок, логічні кубіти, ефективність програмного забезпечення, криптографічні стандарти. Як дослідницька спільнота, вона почала діяти менше як теоретична фізика і більше як інженерна галузь із віхами, які можна незалежно перевірити і відтворити. Оновлені прориви у квантових обчисленнях 2024 року — це не просто перемога однієї компанії. Це зрілість усього екосистеми одночасно.

З огляду на траєкторію руху з 2024 року вперед, питання вже не в тому, чи можливо масштабне коректне квантове обчислення. Прориви 2024 року довели, що це можливо для кількох апаратних підходів. Тепер питання — який підхід масштабується найшвидше і наскільки швидко з’являться застосунки, що виправдовують інвестиції. Наступна ціль Google — досягти повної відмовостійкої роботи. Дорожня карта Microsoft орієнтована на 50–100 заплутаних логічних кубітів у комерційних впровадженнях у найближчі роки — достатньо для практичних проривів у матеріалознавстві або хімії, за їхніми ж оцінками. Процесор Starling IBM створений для переходу від квантової корисності до квантової переваги для комерційно цінних задач.

Напрямок із 2024 року послідовний. Ми вже не питаємо, чи це працює. Ми питаємо, який шлях переможе і наскільки швидко. Це зовсім інша розмова, ніж п’ять років тому.