До квантового преимущества рукой подать: IBM представила «Козодоя» — квантовый процессор нового поколения

На ежегодном мероприятии Quantum Developer Conference компания IBM представила два новых квантовых процессора: Nighthawk («Американский козодой») и Loon («Гагара»), а также обновлённый программный стек для квантовых вычислений с использованием суперкомпьютеров. Поставки QPU Nighthawk стартуют до конца 2025 года, что позволит IBM первой в мире добиться квантового преимущества в вычислениях уже через год и приведёт к квантовой революции в 2029 году.

«Для того чтобы квантовые вычисления стали по-настоящему полезными, необходимо множество составляющих, — сказал Джей Гамбетта (Jay Gambetta), директор по исследованиям IBM и научный сотрудник IBM. — Мы считаем, что IBM — единственная компания, которая способна быстро разрабатывать и масштабировать квантовое программное обеспечение, аппаратные средства, производство и коррекцию ошибок, чтобы создавать революционные приложения. Сегодня мы рады сообщить о свершении многих из этих достижений».

Квантовый процессор Nighthawk компания представила как свой самый развитый процессор. Он содержит 120 кубитов, соединённых с помощью 218 настраиваемых сцепок (couplers) нового поколения с четырьмя ближайшими соседями, организованными в квадратную решётку. Чип имеет на 20 % больше сцепок, чем предыдущее решение — QPU Heron («Цапля»). Важно то, что Nighthawk развивает архитектуру Heron. Это означает, что IBM для рывка в сторону квантового преимущества слегка «наступила на горло» своей «лебединой песне» — отказу от поверхностных кодов коррекции в пользу qLDPC (низкоплотной проверки чётности для квантовых систем).

Дело в том, что экспериментальная квантовая архитектура IBM с опорой на qLDPC, впервые реализованная в QPU Loon, пока плохо знакома квантовому сообществу, тогда как поверхностные коды для исправления ошибок квантовых вычислений используются десятилетиями. В компании здраво рассудили, что ставка на самое революционное решение может позволить свершить квантовое преимущество кому-то другому, что плохо для имиджа и продаж. В любом случае, продукт лучше развивать так, чтобы пользователи были с ним знакомы заранее. Тем самым Nighthawk продолжит традицию коррекции ошибок и станет эволюцией QPU, а не революцией.

В то же время Nighthawk — это заметный шаг вперёд. В IBM заявляют, что благодаря расширенным возможностям подключения кубитов пользователи смогут точно выполнять алгоритмы, которые будут на 30 % сложнее, чем позволял предыдущий процессор IBM, при этом сохраняя низкий уровень ошибок. В частности, Nighthawk позволит запускать алгоритмы с использованием 5000 двухкубитных гейтов (в отличие от однокубитных, двухкубитные гейты позволяют осуществлять запутывание кубитов, необходимое для квантовых вычислений).

В IBM ожидают, что к концу 2026 года будущие версии Nighthawk смогут управлять до 7500 гейтов, а в 2027 году — контролировать схемы с использованием до 10 000 гейтов. К 2028 году системы на базе Nighthawk смогут поддерживать до 15 000 двухкубитных гейтов, активируемых 1000 или более подключёнными кубитами, объединёнными с помощью дальнодействующих сцепок, впервые продемонстрированных на экспериментальных процессорах IBM в прошлом году.

Все преимущества традиционного подхода IBM к методам коррекции ошибок раскроются уже в конце 2026 года, когда компания ожидает сама — или благодаря партнёрам по сообществу — добиться первого в мире публично доказанного квантового превосходства, а не тех «качелей», которые сопровождают доклады компании Google об их личных достижениях в этой области. Для IBM может быть принципиальным утереть нос конкуренту. В Google имели неосторожность связывать свои квантовые преимущества со сравнением с суперкомпьютерами IBM — не в пользу последних. Такое редко прощают.