100 милиона логически елемента. 200 логически кубита. И нито една неоткрита грешка.

Най-голямата индустриална изследователска организация в света – корпорацията IBM, представи амбициозен план за създаване на първия в историята мащабен квантов компютър с корекция на грешките. Новият проект, наречен IBM Quantum Starling, трябва да отвори пътя към практическото приложение на квантовите изчисления до края на десетилетието. Компанията очаква, че именно това устройство ще бъде повратната точка, сравнима с появата на първите цифрови машини през XX век.

Starling ще може да работи с квантови схеми, съдържащи над 100 милиона логически гейта, а системата ще разчита на 200 логически кубита – стабилни единици квантова информация, защитени от грешки. За сравнение, днешните квантови компютри работят с обеми, които са на порядък по-скромни, а изчислителната им стабилност е далеч от нивото, необходимо за реални приложения в промишлеността и науката.

Проектът Starling ще бъде осъществен в новия център за квантови данни на IBM в Покипси, Ню Йорк. Срокът за изпълнение е 2029 г. Там ще се помещава и инфраструктурата за следващото поколение на системата, наречена IBM Quantum Blue Jay. Според компанията Blue Jay ще разполага с 2000 логически кубита и ще може да изпълнява до един милиард квантови операции – всъщност това е квантовият еквивалент на суперкомпютър от клас екзафлопс, но с много по-сложна архитектура.

В квантовата пътна карта на IBM, публикувана през юни 2025 г., проектът Starling се описва като първата в света осъществима система, способна да работи стабилно при мащабни натоварвания. Представители на компанията твърдят, че моделирането на пълното състояние на това квантово устройство ще изисква повече памет, отколкото могат да осигурят 10⁴⁸ от най-мощните суперкомпютри на планетата. Това ниво на сложност днес не е дори теоретично достъпно за класическите изчислителни системи.

Според описанието на IBM потребителите ще могат да изследват структурата на състоянията на квантовата система Starling в нейния цялостен вид. Сегашните квантови компютри са ограничени до фрагментарен достъп до свойствата на кубитите и не могат да обработват сложни задачи без загуба на точност. Starling трябва да преодолее това ограничение.

Разработката ще се превърне в основа за по-нататъшни пробиви. Например още тази година IBM планира да тества елементи от новата архитектура Quantum Loon – процесор, предназначен за тестване на компонентите, необходими за реализиране на qLDPC код (квантова проверка на четността с ниска плътност). Това е метод за корекция на грешките, който позволява обединяването на отдалечени на големи разстояния кубити чрез специални връзки.

Следващата стъпка ще бъде пускането на Quantum Kookaburra през 2026 г. – първият модулен процесор, който съчетава квантова памет и логика в една конструкция. Този елемент ще се превърне в основа за изграждане на по-сложни системи, включително многочипови системи. А още през 2027 г. компанията ще представи Quantum Cockatoo – модул, който свързва два чипа Kookaburra с помощта на така наречените L-връзки, превръщайки ги в мрежова изчислителна структура.

По този начин IBM създава не само отделни мощни чипове, но и инфраструктурата за свързване на тези елементи в разпределена архитектура. Подобна мрежа ще направи възможна обработката на мащабни задачи, които дори най-мощният класически софтуер засега отхвърля – като моделиране на лекарствени молекули или химични реакции с много променливи.

Една от основните трудности при квантовите изчисления е нестабилността на кубитите. Най-малката външна намеса може да наруши състоянието на системата. Ето защо IBM залага на логически кубити: те се формират от групи физически кубити и могат не само да съхраняват данни, но и самостоятелно да откриват грешките. Ефективността на подобни схеми пряко зависи от това колко икономично и стабилно е реализирана корекцията.

Според разработчиците новата архитектура qLDPC намалява режийните разходи с почти 90% в сравнение с други разпространени методи за корекция. Това намалява броя на физическите кубити, необходими за поддържането на един логически кубит, и по този начин се доближава до създаването на пълноценни квантови системи.

IBM публикува едновременно два технически документа, в които разкрива подробности за своя подход. Единият описва как qLDPC подобрява скоростта на изпълнение на инструкциите и оптимизира обработката на транзакциите. Другият обяснява как корекцията и декодирането на грешките могат да се извършват в реално време, като се използват ресурсите на класическите компютри. Това е особено важно, като се има предвид, че квантовите процеси изискват мигновена реакция на грешките, без да се прекъсва напредъкът на изчисленията.

Главният изпълнителен директор на IBM Арвинд Кришна нарече проекта Starling стъпка към „ново ниво на квантовите изчисления“, като подчерта, че компанията се опира на комбинация от компетенции в областта на математиката, физиката и инженерството, за да доближи това, което доскоро се смяташе за научна фантастика, до реалността. Според него такъв компютър ще може да решава проблеми с различни приложения – от разработването на нови материали до ускореното проектиране на молекули във фармакологията. Важно е обаче да се отбележи, че развитието на квантовите технологии повдига сериозни въпроси, свързани със сигурността на информацията, тъй като мощните квантови системи могат потенциално да застрашат съвременните методи за криптиране.

Но това безспорно е едно сериозно постижение, които със сигурност ще ускори появата на реално работещи квантови компютри.