IBM і Чиказький університет заявили про перевірену квантову перевагу

Квантова перевага — це ситуація, коли квантовий комп’ютер розв’язує певне завдання, яке класичні комп’ютери не можуть виконати за практично прийнятний час. Однак у таких експериментах є фундаментальна проблема довіри: квантова машина працює ймовірнісно, а її результат складно перевірити класичними засобами, якщо саме обчислення вже перевищує можливості класичних симуляторів.

IBM і Чиказький університет стверджують, що їм вдалося поєднати обидві вимоги: створити обчислювальну схему, складну для класичної симуляції, але водночас достатньо структуровану для перевірки її точності .

Що показав експеримент

Дослід провели на процесорі IBM Quantum Heron. Основні показники були такими :

• закодовано 70 логічних кубітів за допомогою нового методу корекції помилок;
• виконано 2 415 логічних двокубітних операцій і 468 логічних T-елементів — показників, що характеризують складність квантової схеми;
• обчислення тривало приблизно 15 хвилин;
• рівень логічних помилок вдалося знизити приблизно в 10 разів порівняно з рівнем помилок базових фізичних кубітів .

Команда розв’язувала спеціально розроблене завдання зі статистичної вибірки. Воно мало бути достатньо складним для класичних комп’ютерів, але водночас придатним для внутрішньої перевірки. Схеми та результати оприлюднили в Quantum Advantage Tracker — трекері IBM для квантових експериментів — і запросили наукову спільноту до незалежної перевірки та спроб спростування .

Як працює «просторово-часовий код»

Ключовою інновацією команда називає spacetime code, або просторово-часовий код. Це структурована альтернатива підходу random circuit sampling — випадковій вибірці з квантових схем, яку використовували в попередніх експериментах із квантовою перевагою .

Спочатку дослідники побудували основну частину схеми з кліффордових вентилів. Їх відносно легко симулювати класично, а сама структура добре підходить для виявлення помилок. Потім команда обережно додала T-венти — некліффордові операції, необхідні для універсальних квантових обчислень — у визначені місця схеми. Це дозволило зберегти здатність системи виявляти помилки .

У результаті помилки можна було виявляти під час самого обчислення, а не лише намагатися перевірити готову відповідь постфактум .

Дослідники оцінили нижню межу точності, або fidelity, на рівні 0,284 із 95-відсотковою статистичною впевненістю . IBM подає це як перший експеримент із квантовою перевагою, у якому було отримано математично обґрунтовану нижню межу достовірності виконання.

Ціна перевірки — у 860 разів більше запусків

Нова схема має суттєвий практичний недолік. Щоб забезпечити виявлення помилок, дослідникам довелося виконати приблизно у 860 разів більше експериментальних запусків, ніж за звичайного підходу. До підсумкового аналізу пройшли лише близько 28% запусків, які подолали фільтр виявлення помилок .

Такий наклад може стати серйозною інженерною перешкодою під час масштабування методу для реальних наукових і комерційних завдань.

Три препринти в межах однієї заяви IBM

Оголошення IBM охопило три окремі препринти, оприлюднені на arXiv 27–28 липня. Кожна робота використовувала інший спосіб підвищити довіру до квантових обчислень, які складно надійно відтворити класичними методами .

• IBM і Чиказький університет — результат із логічною квантовою схемою та вбудованим виявленням помилок.
• IBM і Qedma Quantum Computing — використання програмного забезпечення Qedma QESEM для дослідження довготривалої динаміки систем розміром до 74 кубітів із порівняннями з класичними симуляціями RIKEN і BlueQubit та апаратними перевірками на Quantinuum .
• IBM і Algorithmiq — симуляція неоднорідного квантового матеріалу в задачі, яка вісім місяців залишалася відкритою в Quantum Advantage Tracker .

Зовнішні дослідники зауважили, що в роботах Qedma й Algorithmiq автори не робили настільки прямої заяви про квантову перевагу, а радше демонстрували складність класичної симуляції . Усі три роботи залишаються препринтами й ще не пройшли незалежного рецензування .

Скептицизм нікуди не зник

До гучної заяви ставляться обережно. Давній критик квантових обчислень Гіл Калай вважає, що шум може й надалі підривати надійність результатів . Окрім того, 860-кратний наклад на виявлення помилок істотно обмежує практичну масштабованість підходу, а перенесення цієї схеми на завдання з безпосередньою комерційною цінністю залишається відкритим питанням .

IBM зі свого боку оприлюднила дані й методи та прямо запросила незалежних дослідників перевірити або спростувати висновки .

Що прогнозує CEO IBM

Того самого дня генеральний директор IBM Арвінд Крішна заявив в ефірі CNBC, що квантові технології можуть стати для компанії не лише довгостроковим науковим проєктом.

Крішна сказав, що квантові обчислення матимуть «вимірюваний вплив» на виручку та прибуток IBM у 2028 або 2029 році . Він також заявив, що компанія «доволі впевнена» у можливості створення квантовими технологіями 1 трильйона доларів цінності до кінця 2030-х років .

Ці прогнози супроводжуються масштабними інвестиціями. У червні 2026 року IBM оголосила про намір вкласти понад 10 мільярдів доларів у квантові обчислення протягом наступних п’яти років. Кошти мають охопити дослідження й розробки, виробництво апаратного забезпечення, корекцію помилок, програмне забезпечення та партнерства в екосистемі .

Компанія також заявляє, що рухається за планом і має представити великомасштабний відмовостійкий квантовий комп’ютер до 2029 року . Окреме підприємство з виробництва квантових чипів частково підтримується зобов’язанням Міністерства торгівлі США на 1 мільярд доларів .

Чи наблизилася квантова ера до практичної користі

Якщо результати витримають рецензування та незалежні спроби відтворення, вони можуть стати найпереконливішим свідченням того, що квантове обладнання подолало важливий поріг корисності.

Поєднання складного для класичної симуляції обчислення з оцінкою його достовірності відповідає на головне питання, яке супроводжує заяви про квантову перевагу ще від експерименту Google із процесором Sycamore у 2019 році: як довести, що квантовий комп’ютер не просто видав результат, а видав правильний результат?

Обережність, однак, залишається виправданою. Метод має великий обчислювальний наклад, завдання спеціально сконструйоване для перевірки, а публікації ще не пройшли рецензування. Поки що це не готова комерційна технологія, а гучний дослідницький результат, який може змінити напрям розвитку квантових обчислень — від демонстрації принципової можливості до перевірюваних і надійних обчислень.