Квантовый компьютер IBM решил невыполнимую для классических машин задачу за 15 минут

Исследователи IBM сообщили, что эксперимент с 70 кубитами преодолел важный рубеж в квантовых вычислениях, решив практически невыполнимую задачу примерно за 15 минут и предоставив доказательства достоверности результата. Credit: Shutterstock

Ученые применили новую стратегию коррекции ошибок для кодирования 70 логических кубитов и решения задачи, считающейся классически неразрешимой.

Квантовое вычисление было завершено примерно за 15 минут, в то время как ведущим классическим методам потребовалось бы непрактично много времени для выполнения той же задачи.

IBM и исследователи из Чикагского университета объявили о демонстрации квантовых вычислений, отвечающей ключевым критериям квантового преимущества. В ходе эксперимента был выполнен расчет, выходящий за пределы практических возможностей ведущих классических методов моделирования, а также получены доказательства того, что квантовый компьютер выдал достоверный результат.

В новой статье «Сэмплирование сложных схем с проверяемой высокой точностью» исследователи описывают, как они достигли обеих целей, используя новую форму кодированной квантовой схемы. Эта работа представляет собой одну из крупнейших демонстраций логических квантовых вычислений, о которых сообщалось на сегодняшний день.

Схемы и экспериментальные результаты также были опубликованы в открытом доступе через Quantum Advantage Tracker.

Почему квантовые результаты так сложно проверить

Исследователи давно используют эталонный тест, называемый сэмплированием случайных схем (RCS), чтобы выяснить, могут ли квантовые компьютеры превзойти обычные машины.

Упрощенно говоря, RCS бросает квантовому компьютеру вызов генерировать закономерности, которые становятся настолько сложными, что классический компьютер не может эффективно их воспроизвести. Это делает тест полезным для проверки пределов классического моделирования.

Но это также создает серьезную проблему. Как только квантовое вычисление становится слишком сложным для воспроизведения классическим компьютером, проверка того, что квантовая машина действительно выдала правильный результат, также становится все более сложной. В конечном итоге проверка ответа сама может стать невыполнимой, если только исследователи не сделают сильных предположений о внутреннем поведении квантового компьютера.

Команда IBM и Чикагского университета подошла к этой проблеме проверки, разработав более структурированную альтернативу RCS.

Исследователи показали, что их метод сохраняет те же критерии вычислительной сложности, что и RCS, то есть задача остается чрезвычайно сложной для классических компьютеров. В то же время добавленная структура позволяет обнаруживать ошибки во время квантовых вычислений.

«Проверка остается одной из самых больших проблем в установлении экспериментального квантового преимущества, — сказал Билл Фефферман, доцент Чикагского университета. — Этот эксперимент развивает методы для лучшей характеристики точности сложных квантовых состояний при наличии шума, повышая уверенность в том, что квантовый компьютер решает вычислительно сложную задачу».

Сумик Гош, аспирант группы Феффермана в Чикагском университете, добавил: «Помимо усиления экспериментальной валидации, достижения в области верификации могут открыть практические применения для следующего поколения квантовых компьютеров».

70 логических кубитов с более низким уровнем ошибок

Эксперимент также включал одну из крупнейших известных демонстраций квантовой коррекции ошибок.

Исследователи задействовали 70 логических кубитов. В отличие от отдельных физических кубитов, логические кубиты кодируются таким образом, чтобы защищать квантовую информацию от ошибок и шума.

Используя эти логические кубиты, команда выполнила 2415 логических двухкубитовых операций и 468 логических «T-гейтов» — две меры, отражающие сложность квантовой схемы.

Кодированная конструкция значительно повысила надежность. Эффективные уровни логических ошибок были в 10 раз ниже, чем базовые физические уровни ошибок, что позволило схеме сохранять необычно высокую точность даже при выполнении большого количества квантовых операций.

IBM заявляет, что квантовое преимущество вступило в новую стадию

«Мы прочно вступили в эру квантового преимущества, — сказал Джей Гамбетта, директор IBM Research и научный сотрудник IBM. — Мы продемонстрировали квантовые вычисления, выходящие за пределы практических возможностей классических компьютеров, которые со статистической уверенностью устанавливают нижнюю границу точности их выполнения. Эта веха дает ученым, разработчикам и бизнесу новую основу для доверия к квантовым компьютерам по мере их масштабирования для решения задач, выходящих далеко за пределы наших классических возможностей».

Исследователи обнаружили, что многие ведущие методы классического моделирования столкнутся с запретительным временем выполнения при попытке выполнить ту же задачу.

Квантовый компьютер IBM, для сравнения, завершил вычисление примерно за 15 минут.

Шаг к более крупным и надежным квантовым компьютерам

Скорости самой по себе недостаточно, чтобы квантовые вычисления стали полезными в больших масштабах. Исследователям также нужны способы подавления ошибок и установления уверенности в том, что квантовая система выдала достоверный результат.

Этот эксперимент продвигает обе цели одновременно, сочетая крупномасштабные логические квантовые вычисления с методом оценки надежности вычисления, которое уже выходит за пределы практического классического моделирования.

Коррекция ошибок и надежная верификация считаются необходимыми для масштабирования квантовых компьютеров для решения более сложных задач, что делает новую демонстрацию важным шагом на пути к этой цели.

Источники:

Материалы предоставлены IBM.

Simon Martiel, Jay-U Chung, Alireza Seif, Soumik Ghosh, Ian Hincks, Abhinav Deshpande, Bill Fefferman, Jay M. Gambetta, Ali Javadi-Abhari. Sampling hard circuits with verifiably high fidelity. arXiv, 28 Jul 2026 DOI: 10.48550/arXiv.2607.25941