IBM объявила о важной вехе на пути к отказоустойчивым квантовым вычислениям: впервые соединены и охлаждены два модульных криогенных модуля в единую среду. Новая архитектура рассчитана на масштабирование до модульной, распределённой и сверххолодной системы, которая свяжет сотни квантовых чипов в более мощный квантовый компьютер, способный решать крупные задачи. Это шаг к IBM Quantum Starling — первому в мире отказоустойчивому квантовому компьютеру, запланированному на 2029 год. Starling объединит достижения в коррекции ошибок, дизайне процессоров, декодировании и системной инженерии.

Два первых рабочих модуля вместе достигают более 8 футов в высоту и 8 футов в ширину. Первые тесты показали: они совместно охлаждаются до 4 Кельвинов (температура жидкого гелия) менее чем за 5 суток, а затем быстро достигают финальной температуры ниже 15 милликельвинов — это более чем в 180 раз холоднее глубокого космоса. Вакуумная оболочка каждого модуля даёт до 12 раз больше пространства для проводки, чем самые распространённые квантовые системы IBM, что позволяет больше соединений чип-к-чипу как внутри модуля, так и между модулями.

Новый коробчатый дизайн позволяет модулям соединяться вплотную в ряд и использовать это пространство для прямой связи квантовых процессоров через технологию IBM «L-coupler». L-соединители связывают отдельные квантовые чипы, чтобы те обменивались информацией, взаимодействовали и работали как части большего квантового компьютера. По дорожной карте IBM, к 2027 году L-соединители свяжут несколько процессоров в квантовый компьютер минимум с 1000 программируемых кубитов — кубитов, которые можно напрямую использовать для вычислений. Для этого уже в этом году IBM установит в криогенные модули процессоры IBM Quantum Nighthawk, чтобы расширить тестирование рабочих характеристик. К моменту запуска Starling каждый криогенный модуль, по планам, будет содержать тысячи кубитов.

Планы Starling были представлены в прошлом году вместе с новым кодом коррекции ошибок, который резко сокращает физические ресурсы, необходимые для отказоустойчивости. С тех пор компания не сбивалась с курса: продемонстрированы ключевые аппаратные компоненты и достигнуты прорывы в эффективном декодировании ошибок.

«Чтобы принести отказоустойчивые квантовые компьютеры в индустрии, нужны несколько фундаментальных прорывов, — сказал Джей Гамбетта, директор IBM Research и IBM Fellow. — Успешное соединение и работа этих криогенных модулей означает скачок в этом направлении и ускорит наш прогресс вместе с продолжающимися инновациями в квантовом железе, софте и алгоритмах».

IBM рассчитывает, что масштабируемые криогенные модули ускорят темп инноваций. Например, три ключевых компонента окружения IBM Quantum System Two встроены в новую архитектуру, но теперь так, что каждую часть можно независимо тестировать, улучшать и быстро итерировать. Поставка новых криогенных квантовых модулей — ещё одно доказательство того, что IBM систематически выполняет свою квантовую дорожную карту, решая очередное крупное препятствие на пути к отказоустойчивым квантовым вычислениям.

Квантовые вычисления — это не просто следующий шаг в развитии компьютеров, а полная смена парадигмы. Обычные машины, от лампового Ferranti Mark I до вашего ноутбука, оперируют битами: строгими единицами и нулями. Квантовые же используют кубиты, которые могут быть и тем, и другим одновременно. Благодаря этому свойству квантовый компьютер способен исследовать множество вариантов решения параллельно, а не перебирать их по очереди.

Разница в производительности колоссальная. Задачи, на которые у самых мощных суперкомпьютеров ушли бы столетия — например, моделирование новых лекарств или проверка безопасности систем связи, — квантовая машина могла бы решить за часы или даже минуты.

Но есть серьёзное препятствие: кубиты крайне хрупки. Малейшее изменение температуры или внешние помехи приводят к ошибкам. Чтобы построить надёжный квантовый компьютер, нужно научиться защищать кубиты от таких воздействий.

Здесь на сцену выходит кремний — материал, на котором держится вся современная микроэлектроника. Учёные умеют создавать из него очень точные устройства. Однако природный кремний содержит изотоп кремний-29, который вызывает эффект «ядерного переворота» и заставляет кубиты терять данные. Долгое время практического решения этой проблемы не существовало.

В 2024 году исследователи из Манчестерского университета объявили о прорыве. Они разработали метод очистки кремния от кремния-29 и получили самый чистый в мире образец этого материала. Такой сверхчистый кремний служит стабильной платформой для высокопроизводительных кубитов и открывает путь к созданию квантовых компьютеров в промышленных масштабах. По оценкам учёных, на его основе можно создавать устройства с миллионом кубитов, при этом сам чип может быть размером с булавочную головку.

После получения материала команда занялась масштабированием процесса очистки и разработкой прототипов квантовых устройств на его основе. А в марте 2026 года учёные из Манчестера совместно с IBM использовали квантовый компьютер для проверки свойств молекулы, которая никогда ранее не существовала. Это стало конкретной демонстрацией практического потенциала технологии.

Интерес к квантовым вычислениям растёт и на государственном уровне. Национальная квантовая стратегия Великобритании предусматривает инвестиции в размере 2,5 миллиарда фунтов стерлингов в развитие этого сектора. По прогнозам, в ближайшее десятилетие мировой рынок квантовых технологий достигнет десятков миллиардов долларов.

Центр квантовой науки и инженерии в Манчестере — один из ключевых игроков этой гонки. Здесь готовят новое поколение учёных и инженеров, а также выстраивают партнёрства с промышленностью, чтобы переносить открытия из лабораторий в реальный мир. Способность решать сложнейшие задачи, недоступные классическим компьютерам, может преобразить энергетику, производство, защиту данных, разработку лекарств и вакцин.

Семьдесят пять лет назад Ferranti Mark I доказал, что невероятные идеи можно воплотить в реальность. Сегодняшние исследователи работают в другом масштабе: вместо целых комнат — одиночные атомы. Но их достижения могут оказаться не менее революционными.