D-Wave выходит на поле универсальных квантовых компьютеров: ставка на кубит, который сам выдаёт свою ошибку

Компания D-Wave, четверть века известная своими квантовыми аннилерами, выходит на поле универсальных квантовых компьютеров gate-based типа и подкрепляет заявку публикацией в Nature. Новые квантовые компьютеры D-Wave строятся на dual-rail кубитах: в работе её учёные запутали два таких кубита за 500 наносекунд, и, что важнее, не сломали при этом главное преимущество этой технологии. Дальше объясним, почему одна эта деталь способна изменить экономику всей отрасли, и покажем, чем ход D-Wave отличается от того, что делает Amazon.

От аннилера к универсальной машине: зачем D-Wave меняет курс

D-Wave основана ещё в 1999 году и остаётся старейшим игроком отрасли. Но её первый и главный продукт не универсальный квантовый компьютер, а квантовый аннилер: узкоспециализированная машина, которая решает большой класс задач оптимизации и работает на принципиально ином принципе, чем gate-based компьютеры IBM или Google.

Разница фундаментальная. Аннилер заточен под задачи вида «найти минимум сложной функции», маршрутизация, расписания, портфели. Gate-based машина в теории способна на любой квантовый алгоритм: и факторизацию Шора, и поиск Гровера, и симуляцию химии. Именно на этом «главном» поле сильны IBM, Google, IonQ, Quantinuum, Amazon и Microsoft. Несколько лет назад D-Wave начала разработку собственного gate-based железа, выбрав нетипичную технологию кубитов, fluxonium.

А в этом году компания поглотила стартап Quantum Circuits, спин-офф Йельского университета, который развивал dual-rail кубиты. Ту же технологию, к слову, использует Amazon. Поглощение дало D-Wave не только патенты, но и команду из школы circuit-QED, исторически ставившей на кубиты со встроенным детектированием ошибок.

Что такое dual-rail кубит и почему его ошибка «сама себя выдаёт»

Устроен такой кубит на удивление наглядно. В основе: два связанных резонатора, условно «левый» и «правый». В системе живёт один фотон. При измерении он всегда оказывается либо слева, либо справа, но до измерения его можно ввести в суперпозицию обоих состояний. Этого достаточно, чтобы получить кубит.

Теперь самое интересное: про ошибки. У этого кубита самая частая поломка: «утечка», то есть потеря фотона. А раз фотон был единственным носителем информации, вместе с ним теряется и сама информация. Отсюда второе название технологии: erasure qubit, «кубит со стиранием».

Казалось бы, потеря информации это плохо. Но вот в чём фокус: потерю фотона легко детектировать подходящим железом. Вы точно знаете, что ошибка произошла, и знаете, где именно. Вторая по частоте ошибка: переворот фазы. Переворот бита: «далёкое третье место». Такая чёткая иерархия и есть козырь dual-rail.

Почему «стирание» дешевле обычной ошибки

Здесь начинается экономика отказоустойчивости. В классической теории коррекции квантовых ошибок вы боретесь со «слепыми» сбоями: кубит сломался, но вы не знаете об этом, пока не потратите кучу дополнительных кубитов на код, который вычислит факт и место ошибки.

Со стираемой ошибкой всё иначе. Если известно, где произошёл сбой, порог отказоустойчивости выше, а накладные расходы ниже. Проще говоря, под каждый логический (защищённый) кубит нужно меньше физических кубитов. А значит, до полезных вычислений можно добраться, построив меньше железа, чем требуют конкурирующие подходы.

Это и есть ставка D-Wave. Не «больше кубитов любой ценой», а кубит, у которого самая частая ошибка сама себя выдаёт. На наш взгляд, это самый недооценённый сдвиг в риторике всей отрасли: гонка постепенно уходит от рекордных чисел к качеству и дешевизне коррекции.

Иерархия ошибок: и почему её так важно не сломать

Пока кубит работает как ячейка памяти, его красивая иерархия ошибок держится сама собой. Проблемы начинаются, когда кубиты нужно связать друг с другом, сделать двухкубитный, запутывающий гейт. Именно тут вся схема обычно и ломается.

«Часто, когда вы начинаете делать двухкубитные гейты, вы можете исказить свою иерархию ошибок… начинают вылезать доминирующие ошибки, отличные от стираний. Одна из фундаментальных вещей, которой мы очень воодушевлены в этом двухкубитном гейте, публикуемом в Nature, что он сохраняет иерархию ошибок», Тревор Лантинг, D-Wave.

Иными словами, ценность работы не в том, что два кубита удалось запутать, это умеют многие. Ценность в том, что после запутывания доминирующей ошибкой осталось всё то же стирание, а не что-то новое и трудно детектируемое. Козырь пережил операцию.

500 наносекунд: анатомия эксперимента из Nature

Формально работа решает три задачи: показать запутывание двух dual-rail кубитов, доказать, что операция достаточно быстрая для практики, и подтвердить, что ошибки возникают примерно в той же пропорции, что и при использовании кубита как памяти.

Схема эксперимента такая. Берётся пара dual-rail кубитов, у каждого: свои два связанных резонатора. Между ними стоит перестраиваемый «каплер» (coupler), который можно включать и выключать. «Управляющий» кубит частично занимает этот каплер, что и позволяет ему дотянуться до соседа.

Сам запутывающий гейт предельно прост: включить связь, подождать, выключить. Время ожидания: около 200 наносекунд, всё запутывание целиком, примерно 500 нс.

«Мы делаем эти операции за несколько сотен наносекунд это быстрые операции. То есть у вас есть и высокая точность dual-rail устройств, и быстрые запутывающие операции», Тревор Лантинг.

Почему наносекунды вообще важны? Чем быстрее гейт относительно времени жизни кубита, тем больше операций вы успеваете провести до неизбежного сбоя. Поэтому «500 нс плюс сохранённая иерархия ошибок» это единая связка, а не два отдельных плюса.

D-Wave против Amazon: два разных пути к dual-rail

Amazon использует ту же технологию dual-rail, но задачу прямого запутывания ему решать не пришлось. У Amazon связи между dual-rail кубитами опосредованы промежуточным кубитом типа transmon. То есть Amazon никогда не запутывает dual-rail кубиты напрямую, между ними всегда стоит посредник.

D-Wave пошла другим путём и связывает их напрямую. Именно поэтому вопрос «а не сломается ли иерархия ошибок при прямом контакте» встал во весь рост, и именно на него отвечает статья в Nature. Ответ, по данным работы: не ломается.

Fluxonium, transmon, dual-rail: краткий разбор «зоопарка» кубитов

Чтобы не путаться в терминах, разложим по полочкам основные типы сверхпроводящих кубитов и кто на них ставит.

Стоит держать в голове, что у D-Wave теперь фактически две технологические нити: fluxonium для собственного gate-based железа и dual-rail, полученный вместе с Quantum Circuits. Источник подаёт их рядом, но это разные линии разработки.

Где квантовые компьютеры D-Wave в гонке 2026

Смысл всего манёвра прост. D-Wave долго была вне «универсального» соревнования, играя в свою узкую лигу оптимизации. Покупкой Quantum Circuits и публикацией в Nature она заявляет: мы тоже строим квантовые компьютеры общего назначения, но собираемся выиграть не масштабом, а экономикой.

Если ставка сыграет, для реальных задач вроде симуляции химии, материаловедения и части ИИ-нагрузок это означает более короткую дорогу к отказоустойчивому железу. Меньше физических кубитов на один логический, меньше криогенных стоек, проводки и денег на каждый шаг вычисления.

Обещанная в начале деталь вот она: минимальный способ понять, чем ход D-Wave отличается от рекламных пресс-релизов про «тысячи кубитов». Ищите в любом квантовом анонсе не число кубитов, а фразу про накладные расходы на коррекцию ошибок. Если её нет: считайте, что показали количество, а не качество.

Источники

Ars Technica, о публикации D-Wave в Nature и тесте запутывания dual-rail кубитов