sejournal.io

Учёные из Сиднейского университета совместно с IBM объявили о повышении выживаемости логических кубитов до 96% благодаря новому методу коррекции ошибок. Главной проблемой на пути к созданию стабильных квантовых машин является «шум простоя», который возникает во время промежуточных измерений кубитов в процессе вычислений.

В современных квантовых системах для исправления ошибок необходимо регулярно проводить внутренние проверки, но в эти моменты другие компоненты процессора теряют стабильность, вызывая новые сбои. Для решения этой проблемы учёные полностью переработали архитектуру схем коррекции, значительно сократив время остановки вычислений. Новый подход был протестирован на 156-кубитном сверхпроводниковом процессоре IBM Quantum Heron r2. В результате оптимизации алгоритмов выживаемость логических кубитов за один цикл коррекции ошибок выросла с менее 90% до 96%.

Руководитель проекта Стивен Бартлетт отметил, что этот процесс повторяется многократно на каждом этапе вычислений, а вынужденные паузы становятся серьёзным препятствием для надёжной работы. Хотя результат был получен в лабораторных условиях на одном процессоре, такие исследования крайне важны для индустрии, поскольку масштабируемость и отказоустойчивость остаются главными проблемами квантовых вычислений.

Напомним, что в июне IBM уже добилась успехов в коррекции квантовых ошибок. Ранее компания заявила, что планирует достичь первых подтверждённых случаев квантового преимущества к концу 2026 года.

Вот перефразированная версия новости на русском языке:

IBM представила новый взгляд на квантовое превосходство

Исследовательское подразделение IBM Institute for Business Value опубликовало доклад «Путь к квантовому преимуществу». Вместо того чтобы рассматривать квантовое превосходство как единый эталон для всей индустрии, в IBM предлагают понимать его как способность решать конкретные задачи точнее, быстрее или дешевле, чем классические компьютеры.

Основные выводы исследования

Доклад основан на опросах представителей авиакосмической отрасли, финансов, биомедицины, энергетики, автомобилестроения, образования и госсектора. Авторы отмечают, что первые пользователи квантовых технологий всё чаще оценивают их через прикладные задачи, а не абстрактные тесты.

IBM выделила три главные причины, по которым компании внедряют квантовые вычисления:
* Решение сложных бизнес-задач — 60% опрошенных.
* Подготовка вычислительной стратегии к будущим изменениям — 55%.
* Ускорение инноваций — 54%.

Готовность к квантовым технологиям, по мнению авторов, зависит не только от развития самих устройств, но и от наличия прикладных задач, квалифицированных кадров и партнерств. При этом сроки достижения квантового преимущества будут различаться в зависимости от сферы применения.

Основные препятствия

Среди главных барьеров для внедрения квантовых вычислений названы:
* Нехватка специалистов — 61%.
* Незрелость технологии — 56%.
* Неопределённость сроков появления практических сценариев — 46%.

В IBM подчеркнули, что компании сталкиваются не только с техническими ограничениями, но и с вопросами окупаемости, нехваткой внутренних компетенций и сложностью выбора задач, где квантовые методы дадут измеримый результат.

Примеры из практики

* Boeing изучает квантовые вычисления для квантовой химии и материаловедения. Преимущество здесь связывают не с рекордными показателями, а с использованием в проектировании, проверке и сертификации самолётов. Ключевое значение имеют объяснимость результатов и возможность их применения в реальной работе.
* Vanguard начала эксперименты в 2022 году. Компания тестирует гибридные квантово-классические подходы для борьбы с отмыванием денег, моделирования рисков и оптимизации портфелей. По словам руководителя исследований, преимущество имеет смысл, только если оно помогает решать задачи клиентов.
* E.ON опробовала квантовые методы для оптимизации и машинного обучения. Пилотные проекты показали потенциал, но выявили ограничения оборудования: малую глубину схем и ограниченное число кубитов. После этого компания скорректировала свою стратегию в сторону долгосрочной подготовки.
* Bosch прошла похожий путь. После первых опытов на «шумных» квантовых устройствах компания столкнулась с проблемами масштабирования и помех. Сейчас её программа сосредоточена на разработке алгоритмов для будущих отказоустойчивых систем.

Биомедицина

В этом направлении IBM отметила Университет Йонсе (Yonsei University), где квантовые ресурсы используются вместе с суперкомпьютерами для изучения биологических процессов. Руководитель проекта отметил, что разработка лекарств занимает около 15 лет, и сокращение этого срока даже на 10–20% существенно повлияло бы на отрасль.

Институт Wellcome Sanger и Оксфордский университет исследуют квантовые методы для пангеномики. В апреле 2026 года их команда загрузила полный геном вируса гепатита D на 156-кубитный процессор IBM Heron.

Роль партнёрств

IBM подчеркнула важность экосистем — партнёрств между бизнесом, государством, университетами и поставщиками оборудования. Согласно отчёту, каждая вторая организация, готовая к квантовым технологиям, участвует хотя бы в одном таком объединении.

Среди примеров — Volkswagen, Chicago State University, BasQ, Tokyo Electron, Bradesco и Сингапур. Текущий этап рынка в IBM описывают как период экспериментов, накопления компетенций и подготовки к будущим сценариям. В докладе не утверждается, что квантовое преимущество одинаково близко для всех отраслей или уже стало массовым бизнес-инструментом.

Напомним, в июне исследователи протестировали квантовый процессор IBM Nighthawk на двух прикладных задачах: упрощённой модели из физики частиц и фильтрации вредоносного трафика. Ранее специалисты также рассказали о новом подходе к поиску кодов коррекции квантовых ошибок с помощью больших языковых моделей.

Квантовый процессор IBM Nighthawk протестировали на двух прикладных задачах: упрощённой модели из физики частиц и фильтрации вредоносного трафика. На эти эксперименты обратил внимание ресурс Quantum Computing Report.

В первом случае учёные не просто задействовали кубиты, а решили на оборудовании физическую задачу — взаимодействие нуклона и антинуклона в упрощённой модели квантовой хромодинамики QCD2. Систему представили в виде спиновой цепочки и запустили на Nighthawk. Полученный потенциал взаимодействия продемонстрировал ожидаемое притяжение и совпал с результатами классических вычислений — точной диагонализации и идеального моделирования. Авторы особо отметили, что смогли извлечь полезный сигнал из зашумлённых данных благодаря структурной компенсации ошибок.

Второй эксперимент касался кибербезопасности и более практической задачи: отличить вредоносный DoS- и DDoS-трафик от обычного, не нарушая легитимные подключения. Исследователи взяли логи honeypot-систем и преобразовали задачу в графовую оптимизацию, которую решали с помощью квантового приближённого алгоритма оптимизации QAOA.

В ходе экспериментов использовались графы на 16, 32, 66 и 110 событий. Самый крупный вариант — 110 узлов и 181 ребро — был запущен на трёх бэкендах IBM из IBM Quantum Network. Согласно данным Quantum Computing Report, Nighthawk потребовал наименьшее количество двухкубитных операций и показал минимальные накладные расходы при компиляции, в то время как процессор на базе Heron продемонстрировал лучшую целевую метрику.

Авторы обеих работ не заявляют о квантовом превосходстве. Они представляют результаты как прикладной бенчмарк, показывающий, насколько такие системы уже пригодны для задач, где важны точность вычислений и устойчивость к шуму.

Напомним, в июне исследователи IBM рассказали о новом подходе к поиску кодов коррекции квантовых ошибок с помощью больших языковых моделей.

Вот перефразированный текст новости на русском языке:

Журнал Nature опубликовал исследование, проведенное Microsoft Quantum и компанией Quantinuum, которая занимается разработкой ионных квантовых компьютеров. В работе описывается снижение количества логических ошибок в квантовом процессоре. По заявлению команд, показатели улучшились в 11–800 раз по сравнению с аналогичными физическими схемами.

Тем временем исследовательское подразделение IBM Research представило новый метод поиска кодов для исправления квантовых ошибок с использованием больших языковых моделей (LLM). Их система, основанная на платформе OpenEvolve, смогла найти 465 потенциальных кандидатов, однако их реальная эффективность пока не подтверждена.

Работа Microsoft Quantum и Quantinuum

Одной из главных проблем на пути к масштабированию квантовых компьютеров остается коррекция ошибок. Современные кубиты очень чувствительны к помехам и быстро накапливают ошибки, поэтому для длительных вычислений требуются логические кубиты, декодеры и специальные схемы, способные обнаруживать и исправлять сбои в реальном времени.

*Пояснение:* Физический кубит — это аппаратный элемент квантового процессора. Логический кубит — более надежная единица, создаваемая из нескольких физических кубитов с помощью кода коррекции. Такая структура необходима, чтобы квантовый компьютер мог выполнять сложные и длительные вычисления без потери результата из-за шума.

В статье под названием «Improved quantum processor logical error rates via correction and detection» описаны результаты совместной работы Microsoft Quantum и Quantinuum. В ходе эксперимента использовались две конструкции, оптимизированные для ионного процессора Quantinuum: 12-кубитный код, созданный по мотивам схемы Книлла, и 16-кубитный «tesseract color code». Первый кодирует два логических кубита, второй — четыре.

Согласно данным Microsoft, эти схемы охватывали вычисления с участием до 12 логических кубитов. При подготовке состояния Белла уровень логической ошибки удалось снизить с примерно 0,8% для физической схемы до 0,001%, что означает 800-кратное улучшение.

Повторная коррекция ошибок показала результат в 51 раз ниже базового физического уровня за один раунд. Подготовка 12-кубитного «cat state» (многокубитного состояния суперпозиции) дала улучшение в 22 раза.

В аннотации к статье отмечается: «Наши результаты показывают, что современные квантовые устройства уже способны использовать отказоустойчивость и коррекцию ошибок для значительного подавления ошибок в нетривиальных квантовых схемах».

Microsoft также напомнила о предыдущих совместных успехах с Quantinuum: более 14 000 отдельных экспериментов без зафиксированных ошибок, демонстрация 12 надежных логических кубитов и гибридная химическая симуляция с использованием логических кубитов, искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений.

IBM Research применила ИИ для поиска кодов

IBM Research сообщила об использовании платформы OpenEvolve для поиска кодов коррекции квантовых ошибок. OpenEvolve — это библиотека с открытым исходным кодом, которая применяет большие языковые модели для эволюционного улучшения программного кода.

Команда сосредоточилась на bivariate bicycle-кодах. Это разновидность квантовых кодов с низкой плотностью проверок на четность, которые IBM учитывает в своей дорожной карте создания отказоустойчивых квантовых вычислений.

Параметры таких кодов записываются в формате [[n,k,d]], где n — количество физических кубитов, k — количество логических кубитов, а d — расстояние кода. Чем выше d, тем больше ошибок код может выдержать, прежде чем потеряет свою полезность.

По итогам первых прогонов система предложила 465 кандидатов. Среди них IBM выделила код [[288,50,8]] с 50 логическими кубитами, что является новым рекордом для этого семейства (предыдущий рекорд составлял 16). Компания также отметила компактный код [[72,4,8]] с 72 физическими кубитами и варианты [[288,16,12]] и [[360,12,≤24]].

По оценке IBM, некоторые кандидаты при определенных типах шума могут быть сопоставимы с кодом [[144,12,12]] gross code, который компания планирует использовать в своих отказоустойчивых квантовых компьютерах. При этом IBM подчеркивает, что практическая применимость найденных кодов требует дальнейшей проверки.

Исходный код проекта qcode-discovery опубликован на GitHub. Библиотека OpenEvolve также доступна в открытом репозитории.

В июне 2025 года IBM заявила, что к 2029 году намерена построить IBM Quantum Starling — крупномасштабный отказоустойчивый квантовый компьютер на 200 логических кубитах и 100 млн квантовых вентилей. Архитектура системы также опирается на bivariate bicycle-коды.

Напомним, в июне Quantum X Labs и исследовательская площадка Quantum Machines IQCC сообщили о планах протестировать ИИ-декодер для коррекции квантовых ошибок.

Вот перефразированный текст новости на русском языке:

Квантовые вычисления переходят из лабораторий в реальную практику. Об этом на конференции IBM Quantum Connect APAC в Сеуле заявила Петра Флоризун, глобальный директор по продажам IBM Quantum. Она подтвердила планы компании достичь первых подтвержденных случаев квантового превосходства к концу 2026 года. Квантовое превосходство — это ситуация, когда квантовый компьютер справляется с задачей лучше, чем обычный.

Флоризун также анонсировала создание крупного отказоустойчивого квантового компьютера IBM Quantum Starling к 2029 году. Он сможет выполнять схемы со 100 миллионами вентилей на 200 логических кубитах. Систему строят на заводе в Покипси (штат Нью-Йорк). После 2033 года IBM планирует выпустить устройство Blue Jay на 2000 логических кубитов и 1 миллиард операций.

По словам Флоризун, квантовые вычисления «уже не технология будущего». Сейчас IBM продвигает концепцию «квантовой полезности» — когда системы приносят реальную пользу бизнесу и науке, хотя пока не везде превосходят обычные компьютеры. Следующий шаг — квантовое превосходство, где квантовый компьютер решает задачи быстрее, дешевле или точнее.

Главный пример — совместный проект Cleveland Clinic, RIKEN и IBM. Исследователи смоделировали белково-лигандный комплекс из 12 635 атомов. IBM называет это крупнейшим на сегодня гетерогенным квантово-классическим расчетом электронной структуры. В работе использовали два квантовых компьютера IBM и два суперкомпьютера, одновременно задействовав QPU, CPU и GPU. Это позволило:
— увеличить масштаб системы в 40 раз;
— повысить точность в 210 раз;
— задействовать до 94 кубитов.

Еще один пример — австралийская Q-CTRL. На платформе IBM Quantum она выполнила задачу из материаловедения более чем в 3000 раз быстрее классического подхода: квантовый алгоритм справился за две минуты, а классический расчет занял более 100 часов. Независимой проверки этих данных пока нет.

IBM также уделяет внимание азиатской инфраструктуре. С ноября 2024 года в Университете Енсе (Южная Корея) работает IBM Quantum System One с 127-кубитным процессором Eagle. В Японии компания сотрудничает с институтом RIKEN: в 2025 году они объединили суперкомпьютер Fugaku и IBM Quantum System Two с 156-кубитным процессором Heron. В RIKEN отметили, что это первое развертывание IBM Quantum System Two за пределами Северной Америки.

Напомним, в мае Saudi Aramco и Pasqal открыли доступ к первому квантовому компьютеру в Саудовской Аравии и представили платформу Quantum Computing as a Service.