Шлях IBM до Starling зсередини: що показують результати з виправлення помилок за листопад 2026 року, а що ні

Мета: 200 логічних кубітів і 100 мільйонів операцій

За словами IBM, система Starling від IBM Quantum, запланована на 2029 рік, виконуватиме схеми зі 100 мільйонів квантових операцій на 200 логічних кубітах. Логічний кубіт — це одиниця захищеної квантової інформації, розподілена між багатьма фізичними кубітами, щоб помилки виявлялися й виправлялися швидше, ніж накопичуються. Основи пояснює наш матеріал про виправлення помилок.

Конструкція Starling спирається на сімейство квантових кодів із малою щільністю перевірок парності (qLDPC), так званих двовимірних велосипедних кодів, які дослідники IBM опублікували в Nature 2024 року. Їхній головний приклад, код «gross» [[144,12,12]], зберігає 12 логічних кубітів у 288 фізичних. Автори статті оцінюють, що поширеному поверхневому коду для порівнянного захисту знадобилося б майже 3000 фізичних кубітів за фізичного рівня помилок 0,1%. 2025 року IBM описала, як побудувати з таких кодів повноцінний комп'ютер — «велосипедну архітектуру»: модулі коду, кожен із блоком логічної обробки, з'єднані адаптерами та живлені фабриками магічних станів.

Проблема — у проводці. У вихідній схемі кожен кубіт має взаємодіяти із шістьма іншими, і деякі з цих партнерів розташовані далеко на кристалі. Тому результати листопада 2026 року стосуються з'єднувачів, зв'язків і виробництва, а не кількості кубітів.

Що IBM повідомила 11 листопада

IBM оприлюднила оновлення разом зі своєю Quantum Developer Conference, того ж дня, що й дорожню карту Nighthawk r3, про яку ми писали окремо. У таблиці кожен результат зіставлено з метою, яку IBM ставить для Starling. Усі цифри наводить сама IBM.

Складова	Повідомлено в листопаді 2026 року	Вимога або статус для Starling
Фізичні кубіти (чип Loon)	Час когерентності (T1) близько 200 мкс; медіанна помилка вентиля близько 0,3%	T1 у мілісекундному діапазоні; помилки вентилів у нижній частині діапазону 0,01%
Найкращі вентилі на нинішніх чипах	Помилки вентилів на Heron і Nighthawk — до 0,04%	Нижня частина діапазону 0,01%
Далекі з'єднувачі на кристалі (c-couplers)	Добротність резонатора понад 10 мільйонів; три шари розведення замість двох; довжина 20 мм	За словами IBM, перевищують потреби Starling
Код виправлення помилок	Переглянутому коду потрібно п'ять з'єднань на кубіт замість шести; IBM повідомляє про зниження логічних помилок у 20–100 разів	Змодельовано, на обладнанні ще не запускалося
Виробництво	Кількість джозефсонівських переходів на процесор скорочено приблизно з 5000 до приблизно 2000	Більше чипів, на яких працюють усі переходи
Декодер	Алгоритм Relay-BP розширено; спеціалізований чип за 2-нм техпроцесом у розробці	За словами IBM, алгоритм уже відповідає потребам Starling
Зв'язки між чипами (l-couplers)	Чотири зв'язки між двома чипами Nighthawk; середня помилка близько 1% (найкраща — 0,7%)	Понад 100 зв'язків на модуль за помилки 0,1%
Кріогеніка	Два модульні кріостати з'єднано й охолоджено нижче 15 мК менш ніж за п'ять днів	До 12 кріогенних модулів
Керувальна електроніка	Кріогенні керувальні чипи тепер не поступаються або перевершують за якістю вентилів керування за кімнатної температури	Шлях до масштабування розведення всередині холодильника

Чому менша кількість переходів важливіша, ніж здається

Один із найнепримітніших пунктів може виявитися найпрактичнішим. IBM каже, що переглянутий код дає змогу кожному процесору обходитися приблизно 2000 джозефсонівських переходів замість приблизно 5000. За виходу придатних 99,95% на перехід IBM оцінює, що повністю робочим буде кожен третій процесор, а не кожен дванадцятий, як раніше.

Розрахунок сходиться. Якщо має працювати кожен перехід, імовірність ідеального чипа дорівнює 0,9995 у степені кількості переходів. Це дає приблизно 8% для 5000 переходів і приблизно 37% для 2000 — виграш більш ніж у чотири рази. Для машини, якій потрібно багато однакових модулів, вихід придатних — питання вартості й строків не менше, ніж фізики.

Найслабша ланка — буквально зв'язок

Starling модульна: процесори на різних чипах і в різних кріостатах мають обмінюватися квантовими станами. Результати l-couplers IBM — найнаочніший показник того, наскільки просунулася ця робота. В окремій технічній публікації (див. наш попередній матеріал) IBM повідомляє, що з'єднала два процесори Nighthawk чотирма l-couplers через алюмінієві коаксіальні кабелі завдовжки 80 см. Передавання станів зв'язками в середньому сягало 99%, найкращий результат — 99,3%. Двокубітний вентиль між чипами показав середню точність 94,75% на чотирьох зв'язках — помітно нижче, ніж у вентилів на кристалі.

Підпишіться на розсилку DesignQuantum^™

Безкоштовні новини та пояснення про квантові обчислення з посиланнями на використані джерела. Щодня, щотижня або щомісяця — на ваш вибір.

Вебсайт

Адреса електронної пошти ЧастотаЩодняЩотижняЩомісяця МоваEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית Підписатися безкоштовно

Безкоштовно. Відписатися можна будь-коли одним клацанням. Політика конфіденційності

Варто відзначити невелику розбіжність. У письмових матеріалах IBM найкращим результатом зв'язку названо 99,3%, тоді як Ars Technica цитує Олівера Діала з IBM, який говорить про показник до 99,4%. У будь-якому разі власна мета IBM для Starling — помилка зв'язку 0,1%, приблизно вдесятеро краща за нинішнє середнє. Крім того, Starling потрібно понад 100 таких зв'язків на модуль, тоді як у цій демонстрації їх було чотири.

Упровадження зв'язаних чипів також сповільнилося. Дорожня карта IBM від березня 2026 року передбачала у 2026 році до трьох зв'язаних 120-кубітних модулів Nighthawk (360 кубітів). Ars Technica повідомляє, що план скорочено з дев'яти зв'язаних чипів до двох, а першу двочипову систему на 520-кубітних процесорах Nighthawk r3 тепер заплановано на 2027 рік.

Декодування: твердження, яке варто читати уважно

Виправлення помилок працює, лише якщо класичний декодер здатен у реальному часі за потоком вимірювань визначити, які помилки сталися. Декодер Relay-BP від IBM, описаний у препринті 2025 року, — це легкий метод передавання повідомлень, розрахований на ПЛІС (FPGA) або спеціалізовані чипи. У моделюванні він перевершив стандартний декодер (BP+OSD) на двовимірних велосипедних кодах. Препринт оцінює бюджет приблизно у 600 ітерацій на декодування схеми з 12 циклів за однієї мікросекунди на цикл.

Тепер IBM стверджує, що Relay-BP уже відповідає вимогам Starling і що компанія проєктує спеціалізований чип-декодер за 2-нм техпроцесом. Це сильне твердження про алгоритм, але воно ґрунтується на моделюванні. Декодер, що встигає за робочою логічною пам'яттю на реальному обладнанні, — окрема віха. Березнева дорожня карта IBM обіцяла прототип декодера у 2026 році, а листопадові матеріали описують чип як такий, що досі в розробці.

Інша ставка на масштабування

Не всі компанії, що працюють із надпровідними кубітами, йдуть одним шляхом. 10 листопада Rigetti Computing повідомила про медіанну точність двокубітних вентилів 99,5% на своїй 108-кубітній системі Cepheus, зібраній із дванадцяти дев'ятикубітних чиплетів. Rigetti планує масштабуватися, розміщуючи більше кубітів в одному рефрижераторі розчинення, а не об'єднуючи холодильники в мережу. IBM робить ставку на зв'язані кріостати. Обидві стратегії ґрунтуються на даних самих компаній, і жодна поки не показала обчислень із виправленням помилок у великому масштабі.

Хайп і суть

• Суть: IBM публікує показники компонентів із чіткими цілями, що робить прогрес вимірюваним. Добротність c-couplers, розрахунок виходу придатних переходів та інтеграція кріостатів — конкретні інженерні кроки.
• Поки не показано: вивчені нами листопадові матеріали не повідомляють про логічну пам'ять qLDPC, що працює на обладнанні класу Loon із декодуванням у реальному часі. За дорожньою картою IBM, процесор Kookaburra має продемонструвати один модуль Starling (блок логічної обробки плюс пам'ять); про завершення цієї демонстрації не повідомлялося.
• Розриви великі: медіанна помилка вентиля Loon (близько 0,3%) більш ніж удесятеро перевищує мету Starling, помилка зв'язку приблизно вдесятеро вища за потрібну, а зв'язків у 25 разів менше, ніж потрібно одному модулю.
• Економія за моделями: твердження, що Starling потрібно приблизно вдесятеро менше фізичних кубітів, ніж іншим відмовостійким архітектурам, залежить від моделей шуму, наприклад від фізичного рівня помилок 0,1%, прийнятого в статті 2024 року.
• Дані самої компанії: більшість цих цифр узято з блогів і пресматеріалів IBM, а не з рецензованих статей. Вважайте їх версією компанії, доки не з'являться незалежні результати.

За чим стежити

Чотири сигнали покажуть, чи тримається строк 2029 року: апаратна демонстрація логічної пам'яті на двовимірному велосипедному коді з декодуванням у реальному часі; зниження помилки l-couplers до 0,1% зі зростанням кількості зв'язків; постачання двочипової системи Nighthawk r3 у 2027 році; і цитована IBM мета програми Genesis Mission Міністерства енергетики США — 100 логічних кубітів, що виконують 100 000 складних операцій, до кінця 2028 року. Як оцінювати подібні заяви, розповідає наш посібник про те, як читати анонси у квантових обчисленнях.