Текущие направления научных прорывов

[Rattus]

Каждый шаг классики стимулирует квантовые методы становиться лучше, а квантовое железо - снижать требования к квантовости задач.

Именно. Вытесняя их к пределу (а возмжоно - уже за пределы) физически-технически достижимого.

Система насчитывает около 3000 кубитов

Физических. Прблема однако в том, что для универсальных квантовых вычислений подходят только логические - причём надёжные. Каковых кубитов после объединения в системы с коррекцией ошибок оказывается на порядки меньше. Причём потребное число физических кубитов на моделирование логических растёт быстрее - и это так и не устраняется современными прорывами в масштабировании (оно пока просто стало "в принципе" возможным). То есть физика роста квантовых вычислений оказывается прямо обратной муровской динамике: добавление каждого следующего кубита к системе также оказывается экспоненциально сложным.
Вот прямая цитата из приведённой Вами статьи:

реалистичное улучшение точности запутывания вентилей примерно до 99,9% и потока перезагрузки до 80 000 кубитов в секунду может обеспечить работу нескольких сотен логических кубитов поверхностного кода с частотой логических сбоев до 10⁻⁸.

[skvj]

Rattus, верно.
Но как я сказал - 3000 не предел.
Более того, давайте остановимся на 3000, на факте.
Сделайте сокращение 2^3000 на ваши порядки. Ну, просто посмотрим на остаток. Он будет грандиозный.
Это невероятная мощность - абсолютно недостижимая никакими суперкомпами на классике.

[Rattus]

Чтобы одолеть даже указанные 80000, надо смасштабировать эту систему хотя бы в 4 раза.
Насколько это технически реализуемо и экономически-разумно - мы не знаем и допрежь знать не можем.
Но и этого будет недостаточно: чтобы некоторые важные алгоритмы начали более-менее адекватно задачам считаться надо ~от шести сотен надёжных логических кубит, чтобы взломать ту же сеть Bitcon - 2330.
Ожидать какого-то существенного прорыва в таких условиях мне всё ещё видится излишне оптимистичным.

[skvj]

Чтобы одолеть даже указанные 80000, надо смасштабировать эту систему хотя бы в 4 раза.
Насколько это технически реализуемо и экономически-разумно - мы не знаем и допрежь знать не можем.
Но и этого будет недостаточно: чтобы некоторые важные алгоритмы начали более-менее адекватно задачам считаться надо ~от шести сотен надёжных логических кубит, чтобы взломать ту же сеть Bitcon - 2330.
Ожидать какого-то существенного прорыва в таких условиях мне всё ещё видится излишне оптимистичным.

Мало логических - значит всё неважно? логических кубитов пока остаётся куда меньше, чем физических. Но прогресс в увеличении их числа - уже революция, об этом говорят MIT/Harvard/Google в новых публикациях. Еще 5 лет назад таких показателей не было вообще!

Главная новость: теперь продемонстрировано ОСНОВНОЕ - масштабируемость. Не один кубит или клочок цепи, а целая архитектура, которая реально допускает дальнейший рост (Harvard-3000, Google Willow и др.)

Уже достигнута практическая работа с сотнями физических и несколькими логическими кубитами с низким уровнем ошибок (см. статьи Willow, Harvard QPU), и этот темп ускоряется с каждым годом.

Да, современный surface code требует десятки или даже сотни физических кубитов на один надёжный код, чтобы добиться коррекции ошибок ниже 1 на 10^8. Но эта оценка не константа. Каждое повышение точности вентилей и уменьшение ошибок экспоненциально снижает число нужных физических на один логический.

Например: переход от 99,0% к 99,9% уменьшает требования к избыточности раз в 5–10! В новых сетапах уже обсуждаются topological codes, cat codes, bosonic codes, которые улучшают соотношение физических-логических на порядок.

Рост дублирующих физических кубитов - это НЕ настоящая экспонента сложности. Да, нужны плата, питание, охлаждение, но масштабирование показывает, что эти технические выкладки (за 5–10 лет) входят в разумную полосу технологического развития.

Реально экспоненциальная сложность - у КЛАССИКИ, когда даже 40–50 "идеальных" кубитов невозможно смоделировать. Квантовое превосходство уже доказано, а 100 логических делают практически невозможной всю область классического суперкомпьютинга для этой задачи.

Взлом современных криптосхем пока невозможен для любого реального кванта. И это хорошо - дай квантовой инженерии ещё цикл-два поколений, и ситуация будет другой. На лайфспане RSA/Bitcoin как раз рассчитано, что обновление займёт 10–20 лет.

Уже сейчас! ожидаются прорывы в химии, материалах, машинном обучении, оптимизационных задачах. Для них достаточно 50-200 логических кубитов - и такие системы ближе, чем взлом криптографии. Наращивание кубитов и подключения новых типов коррекции ошибок разрушает стену, которая пять лет считалась нерушимой.

Важно не верить, а видеть тренд - темпы роста точности и количества доступных логических кубитов уже затмевают темпы муровской классики. Скепсис часто приводит к тому, что люди недооценивали экспоненциальный рост интернета, памяти, быстродействия - это постоянный процесс. А затем удивлялись взрывному эффекту. С квантовыми вычислениями происходит то же самое. Прямо на наших глазах.
Скептицизм хорошо, но мой оптимизм - из фактов, а не из наивности.

[Rattus]

Главная новость: теперь продемонстрировано ОСНОВНОЕ - масштабируемость.

И теперь ОСНОВНОЕ - чтобы масштабирование это при сохранении требуемого уровня надёжности не вышло за пределы технически и экономически разумного.
У экспоненты теперь может стало поменьше основание, но экспонентой она быть всё ещё не перестала.

[skvj]

Главная новость: теперь продемонстрировано ОСНОВНОЕ - масштабируемость.

И теперь ОСНОВНОЕ - чтобы масштабирование это при сохранении требуемого уровня надёжности не вышло за пределы технически и экономически разумного.
У экспоненты теперь может стало поменьше основание, но экспонентой она быть всё ещё не перестала.

Не спорю ради спора, а токмо ради исполнения воли святых кубитов))
Экспонента в классике и в квантовых вычислениях это принципиально разные вещи.
В классических суперкомпах экспоненциальная сложность фундамент физики: с ростом числа частиц (или размером молекулы/системы) число необходимых бит/операций/ядер РЕАЛЬНО растёт экспоненциально, и это непреодолимый предел. Даже если сделать суперкомп в 10 раз быстрее, экспонента всё равно затопит любую технологию через 10–20 лет.

В квантовых вычислениях экспонента физического железа - не физический закон, а временный технологический этап. Требуется много физических кубитов на логику, но каждая новая технология коррекции ошибок и повышение точности уменьшают основание этой экспоненты и делают её менее агрессивной для роста архитектуры.

Прогресс за 5–6 лет от 10-20 к >3000 кубитам в системе и рост fidelity не имеют аналогов в истории классики. Экспонента технической реализуемости это лишь вопрос времени и инженерного таланта, а не предел фундаментально.

Пример. В начале эры кремниевых транзисторов считали, что перейти к 1 миллиону транзисторов невозможно экономически разумно. Помните? Потом стали делать миллиарды. Самое важное технологический темп. Сейчас квантовые развиваются  быстрее муровской экспоенты тогда! ну, когда она росла, в 1980-х, например. Уже есть архитектуры, где экспонента сведена к минимуму, и на горизонте новые способы объединения кубитов, топологические коды! (вообще огонь, я писал уже), кат-коды и т.д. Это не что-то гипотетическое, а направление международных научных инвестиций. Масштабируемость показана на реальных установках, а снижение стоимости на кубит закономерно ускоряется.

На мой взгляд, Ваши опасения справедливы для устаревших версий. 10-20 лет назад квантовые машины выглядели утопией, и это факт. Теперь же вопрос - не можно ли, а насколько быстро и с какой экономикой мы достигнем масштабируемой и дешёвой коррекции. Фундаментальное преимущество уже наблюдается (квантовое превосходство), и лишь время отделяет нас от практических логических схем в сотнях и тысячах кубитов.
?

[skvj]

Rattus, вы просто задумайтесь. Ещё 6 лет назад квантовое превосходство не было доказано и существовало только в теории. Потом оно было доказано и реализована идея квантовых вычислений Фейнмана. Сам Фейнман никакого вклада кроме идеи не внёс. Но заложил таким образом основы.
Мы говорим о прогрессе за 6 лет - он грандиозный.

[Rattus]

В квантовых вычислениях экспонента физического железа - не физический закон, а временный технологический этап. Требуется много физических кубитов на логику, но каждая новая технология коррекции ошибок и повышение точности уменьшают основание этой экспоненты и делают её менее агрессивной для роста архитектуры.

Когда новые рабочие способы коррекции ошибок придумываться перестанут, этот этап станет бевременным.
Случится ли это ДО того как истинные квантовые вычислители станут практически-полезными где-либо, или после - всё ещё неведомо. Но то, что случится это рано или поздно - в силу конечности доступной нам вселенной во всех аспектах - несомненно.

Rattus, вы просто задумайтесь. Ещё 6 лет назад квантовое превосходство не было доказано и существовало только в теории. Потом оно было доказано и реализована идея квантовых вычислений Фейнмана. Сам Фейнман никакого вклада кроме идеи не внёс. Но заложил таким образом основы.
Мы говорим о прогрессе за 6 лет - он грандиозный.

В 60-х подобный же грандиозный прогресс был в космонавтике. Но что потом? А судя по требуемым затратам, квантовые вычисления куда более напоминают ракетостроение, чем обычную полупроводниковую микроэлектронику: первые настоящие работающие транзисторы и простейшие схемы из них могли быть изготовлены практически на коленке. Как и работа с заводскими чипами все пять-шесть десятилетий работы закона Мура - от i4004 до RaspberryPi.
Собрать же простейший истинно-квановый высилитель о нескольких кубитах или запустить ракету на стабильную низкую околоземную орбиту - приблизительно одного порядка сложности и стоимости предприятия.

[skvj]

Rattus, лимитированность - свойство всей науки и техники, но прогресс имеет фазовое поведение: очень долго медленно, потом рывок, дальше новое плато. Если сравнивать, квантовые вычисления сейчас скорее на пороге первой! массовой волны, а не возле потолка. Растёт инженерная культура, появились конкретные roadmaps у Google, Amazon, IBM где чётко прописан путь к тысячам логических кубитов в течение следующего десятилетия.

Феномен квантовых вычислений ближе к эпохе ENIAC и первых компов, чем к "космосу навсегда". В начале и классика казалась безнадёжной - вспомните стоимость ENIAC/Colossus и редкость первых транзисторов.

Да, первые квантовые чипы дороже "коленки". Но и первые кремниевые чипы, и первые микропроцессоры были элитными, даже в 1970 -х PDP-11 продавался как сложнейший инженерный продукт. За 20–30 лет элементная база подешевела до потребительского уровня, а сейчас квантовые установки быстро проходят схожий путь, пусть по другому наклону кривой, но темпы в целом сравнимы.

Энтропия, ошибки, декогеренция - вызовы, но абсолютно такие же вызовы решались в полупроводниках, тогда даже никто не представлял, что бесплатная память на терабайты будет бытовой нормой.

И вы не учитываете главное - мощность даже сотни логических кубитов - это уже вызов всему классическому суперкомпьютингу. А на сотню есть дорожные карты. Это не фантазии. Даже если "бесконечного миниатюризирования" не будет, практическое превосходство возможно при достижении скромных масштабов. Хотя топологические кубиты позволят масштабироваться до любого количества логических кубитов. До миллиардов. Но и этого не нужно - можно уверенно говорить, что квантовые компы реальность. А вот когда появятся миллиарды - дело будущего, но лично я уверен, что появятся.

[skvj]

IBM планирует достигнуть тысяч логических кубитов после 2030–2033 на платформе Blue Jay - 2000 логических кубитов, к этому моменту они рассчитывают выйти за пределы миллиарда физических операций.
https://www.ibm.com/roadmaps/quantum/2030/

Quantinuum, Pasqal, Alice&Bob - сценарии в 2029–2033 - от 2400 до 7200 логических кубитов при миллионе физических.
https://thequantuminsider.com/2025/03/29/rise-of-the-logical-qubit/

Оценка большинства экспертов и аналитиков: рубеж в 3000 логических кубитов может быть достигнут примерно в 2032–2035 - если темпы развития точности и коррекции сохранятся, а стоимость железа продолжит снижаться экспоненциально.

Я уже выкладывал это.
Я эти кубиты считал, Rattus а не то, что сейчас. Это дорожные карты.
Про миллиарды логических кубитов я пока молчу. Хотя тоже есть планы у многих коллабораций.

[skvj]

Дорожная карта IBM на 2000 лог кубитов

https://www.ibm.com/quantum/blog/large-scale-ftqc

[skvj]

Группа IonQ от 40000 - 80000 лог! кубитов

https://ionq.com/blog/ionqs-accelerated-roadmap-turning-quantum-ambition-into-reality

[skvj]

Отличная аналитика по инвестициям

https://www.mckinsey.com/capabilities/mckinsey-digital/our-insights/the-year-of-quantum-from-concept-to-reality-in-2025

Ещё более детальная, но за прошлый год

https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/business%20functions/mckinsey%20digital/our%20insights/steady%20progress%20in%20approaching%20the%20quantum%20advantage/quantum-technology-monitor-april-2024.pdf