Тому я досліджував останні прориви у квантових обчисленнях 2024 року, і чесно кажучи, цього року він відчувався інакше, ніж звичайний цикл хайпу. Замість одного масштабного оголошення, яке зникає у забутті, ми отримали три абсолютно різні великі досягнення від різних компаній, що використовують зовсім різне апаратне забезпечення. Це той тип патерну, який справді сигналізує про рух галузі вперед, а не просто крутячися на місці.

Дозвольте мені розбити, що саме сталося, бо деталі важливіші за заголовки. Google випустила Willow у грудні — 105-кубітовий надпровідниковий чіп, який зробив те, чого галузь прагнула близько 30 років. Коли вони додали більше кубітів, рівень помилок знизився, а не зріс. Це здається очевидним, поки не зрозумієш, що це навпаки того, що квантові обчислення робили завжди. Більше кубітів завжди означало більше шуму, каскадних помилок, меншу надійність. Willow змінив цю рівняння, використовуючи свою архітектуру корекції помилок. Вони виконали обчислення за менше ніж п’ять хвилин, що класичні суперкомп’ютери зробили б за 10 септильйонів років. Так, 10 у 25-й степені. Важливо й публікація у Nature — попередні заяви про квантовий перевершення отримували справедливу критику, тому наявність рецензованої методології справді важлива.

Але ось у чому справа: тест Willow все ще вузький. Він доводить, що певні обчислення є класично непрактичними, але не означає, що ми раптом вирішуємо задачі відкриття ліків або моделювання клімату завтра. Реальна цінність архітектурна — вона доводить, що масштабне квантове обчислення з корекцією помилок уже не є теоретичним.

Потім є робота Microsoft і Quantinuum з квітня, яка отримала менше уваги у пресі, але, ймовірно, більше — від дослідників. Вони побудували логічні кубіти з рівнем помилок у 800 разів нижчим за фізичні кубіти, що їх підтримують. Це справжня межа у квантових обчисленнях — фізичні кубіти шумні і крихкі, логічні кубіти кодують інформацію з резервом, щоб помилки можна було виявляти і виправляти. Проблема завжди полягала в тому, що потрібно було так багато фізичних кубітів для побудови логічного, що накладні витрати знищували всю ідею. Покращення у 800 разів повністю змінює цю рівняння.

У листопаді Microsoft просунулася далі, працюючи з Atom Computing для створення та заплутування 24 логічних кубітів за допомогою ультра-холодних нейтральних атомів іттербію. 99,963% точності у операціях з одним кубітом. Повністю інша апаратна архітектура, що важливо, бо означає, що кілька життєздатних шляхів працюють одночасно, а не покладаючись лише на один підхід. Потім Quantinuum у грудні досягла 50 заплутаних логічних кубітів. Це вже не майбутнє — це теперішній час.

Внесок IBM був тихішим, але вартий уваги. Їх процесор Heron R2 досяг 156 кубітів у листопаді з прискоренням у 50 разів для навантажень, що раніше займали 120 годин. Більш важливим було їхнє нове кодове рішення для корекції помилок — біваріантний велосипедний код qLDPC, який досягає того ж рівня пригнічення помилок, що й традиційні коди, але з у 10 разів меншими накладними витратами. Це підвищення ефективності робить квантові обчислення з відмовостійкістю схожими на інженерну задачу з рішенням, а не на теоретичну неможливість.

Що ігнорується: NIST опублікував перші стандарти пост-квантової криптографії у серпні. Це важливо, бо вперше головний стандартний орган визнав, що квантові комп’ютери, здатні зламати сучасне шифрування, вже не є чисто теоретичними. Уряди та підприємства мають почати перехід уже зараз. Таймлайн від публікації стандарту до широкого впровадження зазвичай становить десятиліття або більше, тому годинник почався у 2024 році.

Оглядаючи останні прориви у квантових обчисленнях 2024 року, галузь фактично довела, що вона перестала рухатися в одному напрямку і почала прогресувати одночасно у всіх вимірах — апаратне забезпечення, корекція помилок, логічні кубіти, ефективність програмного забезпечення. Вона перейшла від вигляду теоретичної фізики до інженерії з незалежно перевіреними етапами.

Чи означає це, що квантові обчислення вже прийшли? Не зовсім. Willow ще не виконує застосування для відкриття ліків. Логічні кубіти Quantinuum можуть виявляти помилки, але повна корекція помилок ще в процесі. Системи нейтральних атомів Microsoft потребують інфраструктури, якої ще не існує у масштабі. Повністю коректований процесор Starling IBM очікується не раніше 2029 року.

Але те, що справді важливо у 2024 році, — це довести, що галузь може прогресувати одночасно кількома підходами. Питання змінилося з «чи можливо масштабне квантове обчислення з корекцією помилок» на «який підхід масштабується найшвидше і коли практичні застосування виправдають інвестиції». Це принципово інша розмова, ніж кілька років тому.