Квантовый рубеж пройден: IBM заявляет о превосходстве над самыми мощными суперкомпьютерами

Ученые из IBM и организаций-партнеров заявили, что достигли «квантового преимущества» в серии из трех экспериментов, демонстрирующих такие возможности квантовых вычислений, с которыми не могут сравниться даже самые быстрые классические суперкомпьютеры.

Эксперименты, преподносимые как важная веха для квантовых вычислений, показывают, как эти машины могут выполнять полезные вычислительные задачи — например, расчет химических реакций — в течение нескольких минут. Для сравнения, у суперкомпьютера на это ушли бы годы.

В заявлении представителей IBM говорится, что эти эксперименты показывают: квантовые компьютеры способны предоставлять надежные решения более эффективно, дешевле и точнее, чем любой классический вычислительный метод.

Доверие и проверка

На пресс-конференции 28 июля представители IBM, Algorithmiq, Qedma и Чикагского университета описали три эксперимента, продемонстрировавших квантовое преимущество над классическими компьютерами в трех различных задачах.

В каждом из них использовалась сверхпроводящая квантовая компьютерная система IBM Quantum Heron R3 с новейшими методами подавления ошибок. Эксперименты были сосредоточены как на демонстрации, так и на верификации квантового преимущества.

Первое исследование, проведенное в партнерстве с Qedma, изучало поперечную модель Изинга во времени Флоке. Эту систему физики используют для изучения того, как магнитные свойства материала эволюционируют под ритмичным воздействием внешних импульсов. Для классических компьютеров это чрезвычайно трудная задача, поскольку математика модели становится экспоненциально сложнее с ростом масштаба. Статья, еще не прошедшая рецензирование, была опубликована на сервере препринтов arXiv 27 июля.

Но квантовые компьютеры способны выполнять более глубокие вычисления с использованием этой модели благодаря особенностям квантовой механики, позволяющим квантовым битам — кубитам — представлять не только единицы и нули двоичных данных, но и суперпозицию обоих значений, так что вычисления могут идти параллельно.

Когда физики запускают модель на классическом суперкомпьютере — в данном случае на суперкомпьютере Fugaku в Кобе, Япония, — у них есть определенная уверенность, что результаты будут рассчитаны корректно и без существенных ошибок. Квантовые компьютеры, напротив, гораздо более подвержены ошибкам. Они чрезвычайно чувствительны к любому виду шума, включая помехи от магнитного поля Земли. Одна из главных задач квантовых вычислений — поиск способов смягчения ошибок, вызванных этим шумом.

Ученые могут сравнивать результаты классического суперкомпьютера с результатами квантовой машины, используя поперечную модель Изинга во времени Флоке, но лишь до определенного предела. Когда классический компьютер достигает границы своих возможностей по обсчету сложных задач, у квантового компьютера еще остается огромный запас хода.

Однако, как пояснил в интервью Live Science ведущий научный сотрудник IBM Абинав Кандала, проблема заключается в доверии к результатам.

«Вы хотите выполнять вычисления, которые превосходят классические, верно? Но вы долгое время полагались на классические результаты, — сказал он. — Поэтому, когда вы начинаете превосходить классику или выходить за ее пределы, как узнать, что результат правильный? Этот вопрос не зависит от области применения. Для любого вычисления, которое вы хотите выполнить, вы должны спросить: «Так, действительно ли этому можно доверять?»»

Эксперимент был спроектирован так, чтобы создать надежную архитектуру, которая, по сути, позволила ученым верифицировать результаты квантового компьютера. Они использовали программное обеспечение Qedma для подавления и смягчения квантовых ошибок, чтобы получать согласованные результаты, а затем сравнивали их с результатами суперкомпьютера Fugaku.

Как только результаты совпали, сложность подняли до уровня, за которым классический компьютер уже не справлялся. Затем, чтобы воспроизвести результаты, были привлечены дополнительные квантовые компьютеры.

Команда запустила один и тот же эксперимент на нескольких квантовых машинах. Чтобы гарантировать получение достаточного количества ошибок для тестирования стратегии их смягчения, в каждую систему целенаправленно вводились разные уровни искусственного шума и искажений. «Мы измерили одну и ту же схему на пяти разных квантовых компьютерах, — рассказал Кандала, — включая сверхпроводящий квантовый компьютер IBM Boston и еще один в IBM Pittsburgh».

Эксперименты также запускались на двух квантовых компьютерах Quantinuum с использованием тех же методов смягчения ошибок. В каждом измерении вводимый в систему шум и искажения были разными, но вычислительные результаты оставались согласованными.

Квантовые строительные блоки

Во втором эксперименте, проведенном IBM и Algorithmiq, исследователи применили поперечную модель Изинга во времени Флоке к другому набору задач и использовали иной метод смягчения ошибок. По мере масштабирования задачи как на классических, так и на квантовых компьютерах классические системы начали выдавать несогласованные результаты. Квантовые системы, напротив, сохраняли согласованность на измеряемых интервалах, демонстрируя тем самым верифицируемые выходные данные, сообщила команда в препринте, размещенном на arXiv 28 июля.

Третье исследование, загруженное на arXiv 28 июля и проведенное в партнерстве с Чикагским университетом, подошло к квантовому преимуществу с иного угла. Исследователи разработали систему «элементов Клиффорда» — тип схем, намеренно легких для симуляции классическими компьютерами. Затем схемы постепенно усложнялись для классических систем путем введения в них более трудных элементов — так называемых T-гейтов.

Характер эксперимента позволил физикам гарантировать смягчение ошибок на уровнях сложности, превышающих возможности классических суперкомпьютеров. Любые вычисления, проходящие через такую схему, — даже те, которые были бы невозможны для классического компьютера, — будут надежными по определению.

Судя по этим трем техническим статьям и другим пресс-материалам, предоставленным IBM, каждый из экспериментов продемонстрировал явное квантовое преимущество над классическими компьютерами. Останется ли это так, покажет время.

За последние несколько лет появилось множество сообщений о достижении лабораториями «квантового превосходства», «квантовой полезности» и «квантового преимущества» — каждое из которых, по сути, утверждало, что удалось превзойти способности классических вычислений. Однако большинство этих достижений в итоге были перекрыты. Физики не могут представить себе каждый возможный математический метод для проведения классических вычислений, когда тестируют квантовые компьютеры против самых современных суперкомпьютеров.

IBM и ее партнеры заявили, что ожидают, что специалисты по классическим вычислениям попытаются опровергнуть их заявления.

«Классическая игра в догонялки, я думаю, будет продолжаться, — сказал Кандала. — И это правильно; так развивается наука. Именно для этого у нас есть Quantum Advantage Tracker — бенчмарк для измерения квантового преимущества. Многие из этих задач уже довольно давно находятся в трекере, — добавил он, — и я уверен, что публикация статей привлечет к ним больше внимания».

Источники: заявление IBM для прессы; препринты на arXiv от 27–28 июля 2026 года; интервью с Абинавом Кандалой (IBM) для Live Science.