Где мы реально находимся

Без хайпа: что квантовые компьютеры умеют прямо сейчас, в 2020-х.

Квантовое превосходство — экспериментально показанная способность квантовой машины выполнить конкретную задачу быстрее любого классического суперкомпьютера, пусть даже задача искусственная.

Масштаб сегодня

Лучшие машины середины 2020-х имеют от сотен до примерно тысячи физических кубитов (IBM анонсировала процессоры на 1000+). Звучит внушительно, но это физические кубиты — шумные, без полной коррекции. Логических, надёжных кубитов — единицы. Глубина цепей, которую успевают выполнить до декогеренции, ограничена. Мы в NISQ-эре: машины достаточно большие, чтобы их было трудно симулировать классически, но слишком шумные для «настоящих» алгоритмов вроде Шора на больших числах.

Квантовое превосходство: что это и чего не значит

В 2019 Google заявила о квантовом превосходстве: их процессор за минуты выполнил задачу (сэмплирование случайных цепей), которая, по их оценке, заняла бы у суперкомпьютера тысячи лет. Важные оговорки: задача специально подобрана под сильные стороны железа и бесполезна практически; классические алгоритмы потом подтянулись и сократили разрыв. Превосходство доказывает принцип («квантовое железо реально может то, что классическому очень трудно»), но не означает практической пользы.

Прикинем, где проходит граница симуляции

import math

# Грубо: классически симулировать ~50 кубитов 'в лоб' уже на пределе памяти
for n in [40, 45, 50, 53, 60]:
    amplitudes = 2 ** n
    petabytes = amplitudes * 16 / 1e15
    verdict = 'симулируемо' if petabytes < 1 else 'за пределом памяти'
    print('n=%2d  ~%.2f ПБ  %s' % (n, petabytes, verdict))

Вывод:

n=40  ~0.02 ПБ  симулируемо
n=45  ~0.56 ПБ  симулируемо
n=50  ~18.01 ПБ  за пределом памяти
n=53  ~144.12 ПБ  за пределом памяти
n=60  ~18446.74 ПБ  за пределом памяти

Около 50 кубитов — рубеж, за которым честная классическая симуляция «в лоб» упирается в память. Именно поэтому первые демонстрации превосходства делали на ~53 кубитах.

Как работает под капотом

Текущий главный фронт работ — не наращивание числа кубитов любой ценой, а повышение их качества: меньше ошибок в гейтах, дольше когерентность, и первые рабочие демонстрации коррекции ошибок. В 2023–2024 несколько групп показали, что логический кубит из многих физических действительно живёт дольше, чем отдельный физический — это исторический рубеж: значит, коррекция в принципе работает. Дорога к «отказоустойчивому» компьютеру теперь видна, хотя до её конца — годы.

Частые ошибки

• «1000 кубитов — значит, RSA в опасности». Это шумные физические кубиты, не логические.
• Считать квантовое превосходство практической пользой. Задача была искусственной.
• «Превосходство опровергли». Нет — разрыв сократили, но принцип остался.

Итог

• Сегодня — сотни-тысячи шумных физических кубитов, единицы логических; это NISQ-эра.
• Квантовое превосходство доказано на искусственной задаче, но это не практическая польза.
• Главный прогресс — рост качества кубитов и первые работающие демонстрации коррекции ошибок.