IBM Quantum считает, что путь к полезным квантовым вычислениям не предполагает прямого скачка от современных устройств к полностью отказоустойчивому компьютеру, а проходит через спектр технологий смягчения, обнаружения и коррекции ошибок. Согласно материалу, опубликованному Ali Javadi-Abhari, Blake Johnson, Alireza Seif и Jennifer Janechek 15 сентября 2026 года, практическим критерием прогресса является не только число логических кубитов, но и размер и сложность схем, которые можно надёжно запускать с использованием доступных ресурсов.
В основе этой идеи лежит компромисс между временем и числом выборок, с одной стороны, и числом кубитов и вентилей — с другой. Квантовая коррекция ошибок кодирует информацию в логических кубитах и обрабатывает ошибки во время выполнения схемы или после него, однако требует большого числа кубитов и вентилей, а также аппаратного обеспечения с более низкими частотами ошибок, дальними связями и декодированием в реальном времени. Смягчение ошибок основано на многократном запуске схемы для уменьшения влияния шума, что повышает стоимость выборки; для её снижения можно использовать высокопроизводительные вычисления.
Что дают гибридные методы?
В промежуточной области между двумя подходами гибридные технологии одновременно используют элементы коррекции и смягчения ошибок. IBM отмечает, что современные методы коррекции ошибок продемонстрировали эффективные частоты ошибок примерно в десять раз ниже базовых показателей физического оборудования, тогда как гибридные методы показали 63-кратное снижение предполагаемой нагрузки по выборке по сравнению с одним лишь смягчением ошибок.
Один из примеров — постселекционная коррекция ошибок с использованием пространственно-временных кодов, распределяющих низковесовые проверки Pauli по пространству и времени. Запуск аппаратного обеспечения отклоняется, если оно не проходит требуемые проверки. В эксперименте, упомянутом в материале, 64 логических кубита были закодированы с использованием 76 физических кубитов, 314 T-вентилей, а схема включала 2336 CZ-вентилей. После отбора синдромов эффективная частота ошибок вентилей улучшилась примерно в десять раз, при минимальной точности 0,349 и доверительной вероятности 95%.
Однако отбор не устраняет все ошибки: часть шума может пройти проверки симметрии. Поэтому IBM указывает на исследовательский результат, в котором этот метод был объединён с вероятностным исключением ошибок (PEC), что позволило получать близкие значения ожидания, используя значительно меньшее число снимков, чем требует один PEC. Этот результат не доказывает достижения полной отказоустойчивости, но показывает, как обнаружение ошибок можно объединять с их смягчением для повышения эффективности современных устройств.
Программное управление как часть системы коррекции
Такой подход не ограничивается проектированием кодов. IBM утверждает, что платформа IBM Quantum и Qiskit обеспечивают доступ к нескольким уровням стека — от управляющих импульсов и индивидуальных калибровок до динамических схем, объединяющих измерения во время выполнения с классической обработкой и обратной связью в реальном времени.
Модель управляемого выполнения, запущенная в качестве экспериментального сервиса в предыдущем году, также позволяет на стороне клиента настраивать смягчение ошибок, а также предоставляет инструменты для профилирования и изучения шума. С такими пакетами, как qiskit-noise-learning, qiskit-mitigation и Samplomatic, исследователи могут создавать собственные протоколы изучения шума и реализовывать стандартные стратегии его смягчения. Инструмент Executor дополнительно позволяет получать информацию о состоянии и точки IQ вместо одних лишь двоичных результатов измерений, что может быть полезно для декодирования, проверки состояния и анализа утечек.
Два пути к снижению стоимости полной отказоустойчивости
В материале также рассматривается условная квантовая коррекция, при которой вентили Clifford можно защищать с помощью коррекции ошибок, а ошибки кодированных T-вентилей смягчать такими методами, как квантовые вероятности. Поскольку смягчение применяется только к вентилям, не относящимся к Clifford, его нагрузка может стать более управляемой в устройствах, начавших работать на логическом уровне.
Другой путь предполагает использование слабых поперечных вращений, решение о которых принимается условно на основе измерений синдромов кода. Ветви с неправильными синдромами можно отбрасывать или повторять, вместо того чтобы полностью полагаться на создание, дистилляцию и телепортацию магических состояний. IBM утверждает, что эта идея может сократить время выполнения в десятки или сотни раз по сравнению с традиционным подходом Clifford + T, однако это пока ожидаемый исследовательский результат, а не подтверждённая производительность отказоустойчивой системы в промышленной эксплуатации.
Что меняется на практике?
Иерархические коды предлагают ещё один путь. Они размещают алгебраические коды, такие как квантовые коды Reed-Solomon, поверх внутренних кодов qLDPC, чтобы логические операции внутреннего кода обеспечивали внешнему коду необходимую дальнюю связь без добавления такой же сложности к аппаратному обеспечению. IBM утверждает, что теоретически композиция кодов Reed-Solomon поверх внутреннего кода с высокой скоростью может достигать диапазона 1012 логических операций при физической частоте ошибок 10-3, используя менее сложный с инженерной точки зрения блок.
Однако отказоустойчивая коррекция в реальном времени пока недоступна непосредственно в системах нынешнего поколения. Кроме того, её применение требует тесной интеграции квантовых вычислительных модулей с процессорами CPU и GPU либо специализированными ускорителями; IBM связывает это с интерфейсом IBM Quantum Systems API и архитектурой суперкомпьютинга, ориентированной на квантовые вычисления.
Мнение certi.news: Основная ценность предложения IBM заключается в переносе обсуждения с вопроса «Когда появится отказоустойчивый компьютер?» на более измеримый вопрос: Какой размер схемы можно надёжно выполнить на каждом этапе этого пути? Приведённые цифры указывают на значительный прогресс в снижении стоимости шума, но не означают, что современные устройства уже достигли полной отказоустойчивости или что широкомасштабные практические приложения стали доступными. Результаты зависят от моделей шума, отбора образцов и классических ресурсов; кроме того, масштабируемость, связность и время, необходимое для декодирования, по-прежнему остаются открытыми вопросами. Поэтому поэтапный путь выглядит многообещающим для исследователей, но не устраняет инженерный разрыв между экспериментом с улучшенной логической схемой и созданием крупномасштабного отказоустойчивого квантового компьютера.