Квантовые вычисления остаются одной из самых революционных технологий XXI века. Благодаря своим уникальным возможностям для решения задач, недосягаемых для классических компьютеров, они привлекают внимание исследователей и индустрии по всему миру. Однако развитие практичных и масштабируемых квантовых компьютеров сопряжено с многочисленными вызовами, среди которых особую роль играет коррекция ошибок. Неустойчивость квантовых битов — кубитов — порождает необходимость разработать эффективные методики защиты вычислительных процессов от ошибок. IBM недавно сделала значительный шаг вперёд, представив новую архитектуру и методику квантовой коррекции ошибок, которые могут коренным образом изменить перспективы индустрии.
Классические вычисления опираются на биты, которые однозначно принимают значения 0 или 1. В квантовом мире ситуация гораздо сложнее. Кубиты — основные элементы квантового компьютера — могут существовать в состоянии суперпозиции, что экспоненциально увеличивает вычислительные возможности, но делает их крайне уязвимыми к шуму и ошибкам. Передача информации в виде квантовых состояний — хрупкий процесс, и даже незначительные взаимодействия с окружающей средой могут привести к потере информации. Для борьбы с этим явлением используются методы квантовой коррекции ошибок, которые обеспечивают дублирование и распределение информации между множеством физических кубитов, формируя логические кубиты.
Последние и являются базой для надёжных вычислений. До недавнего времени одним из наиболее распространённых методов была так называемая surface code — поверхность кода. Она требует примерно тысячи физических кубитов для создания одного логического. Несмотря на теоретическую эффективность, реализация surface code оказывается чрезвычайно сложной с инженерной точки зрения. Масштабирование и коммуникация между тысячами кубитов накладывают серьёзные ограничения.
IBM осознала эти ограничения и в 2019 году начала исследование альтернативных подходов. В прошлом году учёные компании опубликовали в Nature работу, в которой представили квантовые коды низкой плотности паритета — quantum low-density parity check (qLDPC). Эта схема позволяет снизить количество необходимых физических кубитов примерно в 10 раз по сравнению с surface code. Применение qLDPC кодов требует совершенно новой архитектуры квантовых процессоров с повышенной связностью и способностью взаимодействия элементов не только с соседями, но и на дальних расстояниях внутри чипа. В июне 2025 года IBM анонсировала чип Quantum Loon, который станет первым шагом к реализации новой архитектуры.
В его основе лежит многоуровневая сетка связей между кубитами, оборудованная специальными соединителями (couplers), обеспечивающими «нелокальные» взаимодействия. Благодаря этому достигается более эффективная корректировка ошибок и минимизация аппаратных ресурсов. Дорожная карта IBM предусматривает дальнейшие разработки в этом направлении. В 2026 году планируется создание Kookaburra — процессора с логическим вычислительным блоком и квантовой памятью, который станет базовой единицей для крупных квантовых систем. Год спустя две такие единицы объединят в устройство под кодовым именем Cockatoo.
К 2028 году компания намерена представить Starling — коммерческий квантовый компьютер с 200 логическими кубитами, способный выполнять порядка 100 миллионов операций квантовой логики. Это позволит решать практические задачи, выходящие за рамки классических вычислений. Преимущества такого подхода очевидны. Сокращение числа необходимых физических кубитов уменьшит сложность сборки квантовых устройств, а также снизит накладные расходы на их обслуживание. Помимо этого, увеличение связности кубитов открывает новые возможности для реализации более сложных квантовых схем.
Несмотря на оптимизм IBM, перед технологией стоят значительные вызовы. Одним из ключевых становится повышение точности операций — улучшение так называемой gate fidelity — минимум в десять раз. Ученые связывают эти трудности с необходимостью увеличения когерентности кубитов — времени, в течение которого квантовое состояние сохраняется без разрушения информации. IBM добилась прогресса на изолированных устройствах, достигая когерентности порядка двух миллисекунд, но перенос этих характеристик в масштабные системы требует дополнительной работы и оптимизации. Большую роль играет и инженерия вспомогательных систем: обеспечение надёжных соединений, применение современных усилителей и оптимизация инфраструктуры для минимизации шумов и потерь.
Тем не менее, переход к архитектуре, основанной на qLDPC кодах, способен значительно снизить нагрузку на эти компоненты благодаря уменьшению количества физических кубитов и общей оптимизации системы. Эксперты отмечают, что позиционирование IBM в области новых подходов к квантовой коррекции ошибок выводит компанию в лидеры мировой квантовой индустрии. Увеличение мощности и надёжности квантовых компьютеров откроет потенциально широкий спектр применений — от моделирования сложных химических реакций и материалов до оптимизации логистических процессов и развития искусственного интеллекта. Важно подчеркнуть, что успех IBM во многом будет зависеть от способности интегрировать все элементы новой архитектуры в рабочие системы и упростить взаимодействие с пользователями. Создание мощного квантового облака с доступом к Starling станет важным шагом в развитии экосистемы и позволит бизнесу и исследователям использовать квантовые вычисления на практике.
Первая демонстрация технологии уже показала жизнеспособность принципов qLDPC и связанные с ними аппаратные разработки. По мере выпуска новых поколений процессоров и повышении точности операций IBM сможет постепенно масштабировать системы, формируя основу для будущих квантовых суперкомпьютеров. Таким образом, анонс IBM — это не просто технический прогресс, но и стратегический рывок, который прокладывает дорогу к новой эре надежных и практичных квантовых вычислений. Разработка и внедрение инновационной квантовой коррекции ошибок сокращают путь от прототипов к коммерческим системам, что приблизит реальное применение квантовых технологий в различных отраслях будущего. Опыт и инженерные решения IBM станут ориентиром для всей индустрии, стимулируя конкуренцию и дальнейшие научные поиски.
Будущее квантовых вычислений обещает быть ярким и наполненным новыми открытиями. IBM, с её смелыми решениями и чёткой дорожной картой, уже сегодня задаёт вектор развития, который определит облик квантовой компьютерной индустрии на ближайшие десятилетия. Проблема коррекции ошибок перестаёт быть непреодолимым барьером, превращаясь в технологию, открывающую безграничные возможности для инноваций и прогресса.
