Сверхпроводники: Google и IBM
Урок 15 из 23 курса «Квантум: курс с нуля». Бесплатно, с анимациями и тестом.
Атом, который нарисовали на чипе
Сверхпроводящий кубит — это крошечный контур из алюминия или ниобия на кремниевом чипе. Главная деталь — джозефсоновский переход, тончайший слой изолятора между двумя сверхпроводниками. При сильном охлаждении ток в контуре ведёт себя как один огромный квантовый объект с двумя уровнями энергии, это и есть 0 и 1. Нобелевскую премию по физике 2025 года дали Джону Кларку, Мишелю Деворе и Джону Мартинису за опыты 1980-х, где они впервые увидели такие квантовые эффекты в схеме, которую можно взять в руки.
Холоднее космоса
Такой кубит работает только около 10 милликельвинов, это в сотни раз холоднее открытого космоса. Для этого нужен рефрижератор растворения: многоступенчатая «люстра», где каждая ступень холоднее предыдущей, а чип висит в самом низу. К каждому кубиту из тёплого мира тянутся провода, и их нужно столько, что это становится отдельной инженерной проблемой. Когда видишь фото «золотой люстры» в статьях про квантовые компьютеры, это и есть такой холодильник.
Google Willow: ниже порога
В декабре 2024 года Google показала чип Willow на 105 кубитов. Главное достижение не в числе. Команда собирала логический кубит из всё большего числа физических: решётки 3×3, 5×5 и 7×7. И с каждым шагом ошибка логического кубита падала примерно вдвое. Это называется «ниже порога»: больше кубитов — меньше ошибок, а не наоборот. Об этом физики мечтали почти 30 лет. На том же чипе в 2025 году запустили Quantum Echoes из урока про молекулы.
IBM: от рекорда числа к рекорду качества
У IBM самая подробная публичная дорожная карта. В 2023 году был Condor на 1121 кубит, рекорд по числу, но не по качеству, и компания сама развернулась к качеству. В 2025 году вышли Nighthawk на 120 кубитов с 218 настраиваемыми связями и экспериментальный Loon для проверки нового кода коррекции ошибок. Дальше по плану: Kookaburra в 2026 году, первый модуль с коррекцией, Cockatoo в 2027-м, где модули связывают между собой, и Starling в 2029 году на 200 логических кубитов и 100 миллионов операций.
Сильные и слабые стороны
Главный плюс сверхпроводников — скорость: гейт выполняется за десятки наносекунд, и чипы делают на привычных полупроводниковых линиях. Минусы: нужен экстремальный холод, кубит живёт порядка десятой доли миллисекунды, и он связан только с ближайшими соседями, поэтому дальним кубитам приходится передавать информацию по цепочке. Отсюда и стратегия: много быстрых, но «коротко живущих» кубитов плюс мощная коррекция ошибок.
Проверь себя
- Что главное в результате Google Willow 2024 года?
Правильный ответ: С ростом кода ошибка логического кубита падает. «Ниже порога» значит: добавляешь кубиты в код — ошибок становится меньше. Без этого масштабирование не имеет смысла. - Почему IBM после Condor на 1121 кубит выпустила чип всего на 120?
Правильный ответ: Качество и связи важнее простого числа кубитов. Шумные кубиты без хороших связей мало что дают. Nighthawk получил 218 настраиваемых связей и лучшие характеристики, а следом идут модули с коррекцией ошибок. - Какой главный инженерный минус у сверхпроводящих кубитов?
Правильный ответ: Экстремальный холод и море проводов. Около 10 милликельвинов и провода к каждому кубиту — главная преграда на пути к миллионам кубитов.