Почему квантовым компьютерам мешает не число кубитов, а физика

Новости 26.08.2026

Квантовый компьютер упирается не в конкуренцию разных технологий, а в законы физики: кубиты крайне чувствительны к внешним условиям и легко теряют состояние, необходимое для вычислений.

В свежем выпуске рубрики «Quantum & After» рассказываем о физических и логических кубитах, декогеренции и методах исправления ошибок.

## Короткий ответ

Квантовые компьютеры не вытеснят классические, не станут карманными устройствами и не будут запускать обычные программы. Причина не только в нынешнем уровне развития технологии: кубиты очень восприимчивы к внешним шумам, а ошибки быстро накапливаются при усложнении вычислений. Без коррекции длинные алгоритмы теряют точность. Чтобы уменьшить число ошибок, квантовую информацию распределяют между несколькими физическими кубитами, создавая более устойчивый логический кубит.

## Почему так

Вернёмся к примеру из прошлого выпуска. Представьте монетку, которая ещё не упала: мы не знаем, выпадет орёл или решка. В квантовой системе неопределённость похожа, но устроена иначе: кубит может находиться в суперпозиции двух состояний. Любое внешнее воздействие способно разрушить это состояние и вызвать ошибку. В квантовом «железе» источниками ошибок служат тепловой шум, вибрации, электромагнитные помехи, дефекты материалов и неточности управления. Поэтому сверхпроводящие процессоры Google и IBM работают при температурах порядка 10–20 мК, что значительно ниже температуры реликтового излучения (~2,72 К). Такое охлаждение снижает тепловой шум, но требует сложных криогенных систем.

Физический кубит — это реальная квантовая система: сверхпроводящая цепь, ион в ловушке, фотон или спин электрона. Из-за влияния среды он шумит: у сверхпроводниковых кубитов ошибка двухкубитных операций обычно составляет 10⁻³–10⁻² (0,1–1%).

Точность 99,9% уже показана на платформах лидеров рынка. Среди ионных систем этого достигла Quantinuum: её система H1-1 продемонстрировала точность двухкубитных вентилей 99,914% на всех парах кубитов, а флагманский 98-кубитный Helios — 99,921%. В сверхпроводящих системах сопоставимые показатели у IQM (точность CZ-вентиля 99,91%) и IBM (процессоры Egret и Heron выходят на точность около 99,9%).

Логический кубит — это защищённая от ошибок единица информации, квантовое состояние которой распределено между множеством физических кубитов с помощью квантовой коррекции ошибок (QEC). Один из самых изученных подходов — поверхностный код. Его главные плюсы: локальность операций, двумерная геометрия архитектуры и высокий теоретический порог устойчивости к ошибкам (около 1%).

За последние два года эксперименты с QEC заметно продвинулись:

— Квантовый процессор Willow от Google Quantum AI продемонстрировал работу ниже порога поверхностного кода, показав экспоненциальное подавление логических ошибок при увеличении расстояния кода. При росте решётки физических кубитов частота ошибок логического кубита стабильно снижается более чем в два раза на каждом шаге масштабирования.
— Квантовый компьютер Quantinuum Helios использует 98 физических кубитов на ионах бария-137 в архитектуре QCCD. В одном из режимов компания показала 48 логических кубитов с коррекцией ошибок при соотношении примерно два физических кубита на один логический.
— Команда исследователей из Гарварда, MIT и QuEra задействовала процессор из максимум 448 нейтральных атомов и выполнила схемы с десятками логических кубитов, в отдельных конфигурациях — до 96.

Платой за надёжность долгое время считалась избыточность до ~1000 физических кубитов на один логический, отсюда и оценки в миллион кубитов для коммерчески значимых задач. Высокоскоростные qLDPC-коды потенциально сокращают расходы примерно на порядок — до десятков физических кубитов на логический, а не до единиц.

## Что это значит

Массовые универсальные отказоустойчивые квантовые компьютеры пока остаются лишь в дорожных картах компаний. Например, IBM заявляет о планах построить к 2029 году систему Starling на 200 логических кубитов, способную выполнить 100 млн операций. Даже если проекты реализуют без переносов сроков (а они регулярно сдвигаются), на выходе получится узкоспециализированный сопроцессор в облаке рядом с классическим суперкомпьютером, а не замена дата-центра.

Само по себе число физических кубитов мало говорит о возможностях квантовой машины. Важны качество операций, скорость возникновения ошибок, эффективность их подавления при увеличении кода и, главное, количество логических кубитов, которые система способна поддерживать с достаточно низкой вероятностью ошибки.

## Q-чек ForkLog: где преимущество есть, а где нет

Заменит ли квантовый компьютер обычный ноутбук?
Нет: у квантового компьютера другой принцип, узкий класс задач, криогеника на 10–20 мК.

Где преимущество формально доказано?
На специализированных тестовых задачах вроде бозонного семплинга (моделирование поведения частиц света) и случайных схемах (генерация истинно случайных квантовых состояний) квантовые устройства демонстрировали преимущество над классическими вычислениями. Отдельно существуют алгоритмы с теоретически доказанным ускорением, например алгоритм Шора для факторизации и дискретного логарифмирования.

Где преимущество ожидают?
В моделировании природы и оптимизации сложных систем: фармацевтика (точное моделирование молекул для создания лекарств), материаловедение (поиск сверхпроводников и новых типов аккумуляторов), химия (создание эффективных катализаторов). Оптимизация и финансы также активно исследуются, но практическое преимущество там пока не доказано.