Квантовый компьютер между физикой и обещанием: что на самом деле построила Microsoft
В начале июня Microsoft представила Majorana 2 — новую версию своего квантового чипа. Компания утверждает, что благодаря замене материалов надёжность устройства выросла примерно в тысячу раз, среднее время сохранения одного из ключевых состояний достигло 20 секунд, а в отдельных экспериментах — минуты. На этом основании Microsoft сократила собственный прогноз и теперь рассчитывает создать масштабируемый квантовый компьютер к 2029 году.
Через несколько недель в Nature появилась работа физика Генри Легга, поставившая под сомнение часть прежних доказательств Microsoft. По его анализу, сигналы, которые компания связывала с топологическим состоянием, могли быть получены в неустойчивой и сильно неоднородной системе и объясняться более обычными физическими механизмами.
Со стороны это может выглядеть как очередной технологический скандал: корпорация объявила о прорыве, учёные не поверили.
Но спор намного интереснее. Microsoft действительно построила сложное устройство и получила новые экспериментальные результаты. Проблема в том, что путь от необычного сигнала в охлаждённой наноструктуре до работающего квантового компьютера состоит из множества этапов. И каждый из них легко принять за окончательную победу.
Компьютер, который не просто считает быстрее
Обычный компьютер хранит информацию в битах. В каждый момент бит имеет одно из двух значений: ноль или единицу. Из огромного количества таких переключателей строятся тексты, изображения, программы, банковские системы и искусственный интеллект.
Квантовый компьютер использует кубиты.
Кубит тоже можно измерить как ноль или единицу. Но до измерения он способен находиться в суперпозиции — состоянии, в котором одновременно присутствуют возможности нуля и единицы.
Эта фраза часто создаёт неверный образ. Кажется, будто квантовый компьютер просто пробует все возможные ответы одновременно, а потом выбирает правильный. Если бы это было так, задача уже была бы решена: достаточно создать много кубитов и поручить им полный перебор.
Но после обычного измерения мы получили бы лишь один случайный результат. Все остальные возможности исчезли бы.
Настоящий смысл квантового вычисления связан не только с суперпозицией, но и с интерференцией.
Квантовые состояния ведут себя подобно волнам. Две волны могут усилить друг друга, если их подъёмы совпадают, или погасить, если подъём одной встречается со спадом другой. Квантовый алгоритм организует вычисление таким образом, чтобы вероятности неправильных ответов по возможности взаимно уничтожались, а вероятность правильного ответа усиливалась.
Квантовый компьютер поэтому похож не на работника, который очень быстро проверил все дороги в лабиринте. Скорее, он запускает по лабиринту множество волн и создаёт условия, при которых волны из тупиков гасят друг друга, а путь к выходу становится заметнее.
Есть и ещё одно свойство — квантовая запутанность. Несколько кубитов могут образовать общее состояние, которое уже нельзя полностью описать как набор отдельных независимых элементов. Изменяется не каждый кубит сам по себе, а вся связанная система.
Именно сочетание суперпозиции, интерференции и запутанности позволяет некоторым квантовым алгоритмам обращаться с огромным пространством возможных состояний необычным для классического компьютера способом. При этом квантовая машина не заменит ноутбук, смартфон или обычный сервер. Она способна дать преимущество только для определённых классов задач и, вероятнее всего, будет работать вместе с традиционными суперкомпьютерами.
Что мы хотим от квантового компьютера
Главное обещание квантовой технологии связано не с ускорением привычных программ, а с задачами, которые классическому компьютеру чрезвычайно трудно даже описать.
Самый естественный пример — моделирование молекул и материалов.
Химическая связь сама является квантовым явлением. Чтобы точно рассчитать поведение сложной молекулы на обычном компьютере, нужно описать огромное количество возможных состояний её электронов и взаимодействий между ними. С ростом системы объём расчётов увеличивается настолько быстро, что даже суперкомпьютерам приходится использовать приближения.
Квантовый компьютер сам является управляемой квантовой системой. В теории это позволяет ему естественнее моделировать другую квантовую систему.
От таких машин ждут разработки новых катализаторов, аккумуляторов, удобрений, лекарств и материалов. Министерство энергетики США уже финансирует программы, в которых квантовые решения должны продемонстрировать существенное преимущество над лучшими классическими методами именно в химии и материаловедении.
Второе знаменитое применение — криптография.
Мощный отказоустойчивый квантовый компьютер сможет использовать алгоритм Шора для разложения больших чисел и решения некоторых других математических задач, на сложности которых основана значительная часть современной защиты данных. Такой машины ещё нет, но угроза считается достаточно серьёзной: NIST уже утвердил первые стандарты постквантового шифрования и рекомендует начинать переход на них заранее.
Часто упоминают также логистику, финансовое моделирование, машинное обучение и сложную оптимизацию. Однако здесь обещаний пока заметно больше, чем доказанных преимуществ. Не всякая задача с большим количеством вариантов автоматически становится подходящей для квантового компьютера. Для неё должен существовать алгоритм, который действительно использует квантовые свойства и превосходит лучшие классические методы с учётом времени, ошибок и стоимости оборудования.
Иными словами, квантовый компьютер не станет машиной, которая всё делает быстрее.
Он может стать машиной, которая делает возможными несколько чрезвычайно важных вещей, сегодня практически недоступных.
Почему его до сих пор не построили
Главное достоинство кубита одновременно является его главной слабостью.
Чтобы проводить квантовое вычисление, необходимо сохранить суперпозицию и запутанность. Но квантовое состояние чрезвычайно чувствительно к окружающей среде. Его могут нарушить тепло, электромагнитный шум, дефект материала, неточный управляющий импульс и даже космическое излучение.
Обычный бит можно многократно читать, копировать и восстанавливать. С кубитом всё сложнее: измерение изменяет его состояние, а произвольное квантовое состояние нельзя просто скопировать и положить рядом запасной экземпляр.
Поэтому квантовые компьютеры требуют сложной коррекции ошибок.
Множество реальных физических кубитов объединяют, чтобы создать один более надёжный логический кубит. Система постоянно ищет признаки ошибок и исправляет их, стараясь при этом не узнать само значение хранимой квантовой информации.
Если физические кубиты слишком нестабильны, для защиты одного логического кубита могут потребоваться сотни или тысячи элементов. Для запуска действительно больших алгоритмов в таком случае понадобится машина с миллионами физических кубитов.
Сегодняшние устройства в основном остаются экспериментальными установками: на них исследуют физику, тестируют алгоритмы и учатся контролировать квантовые системы. Для взлома современной криптографии или проведения длинных научных расчётов нужны гораздо более крупные и устойчивые компьютеры.
Отсюда возникают два основных пути.
Первый — улучшать обычные кубиты и строить всё более мощную систему коррекции ошибок. Второй — создать кубит, который будет защищён от части ошибок самим устройством природы.
Именно на второй путь много лет ставит Microsoft.
Кубит, защищённый формой
Идея топологического кубита опирается на понятие топологии.
Топология изучает свойства, которые не меняются при небольших деформациях. Чашку с ручкой можно мять, растягивать и искривлять, но пока ручка не разорвана, в объекте остаётся одно отверстие. В топологическом смысле это главное свойство устойчивее конкретной формы чашки.
Microsoft хочет добиться похожей устойчивости для квантовой информации.
В обычном кубите информация связана с конкретным физическим состоянием конкретного элемента. Локальная помеха легко может его изменить.
В топологическом подходе информация должна храниться нелокально — распределяться между несколькими особыми состояниями системы. Тогда небольшое воздействие на одну точку не сможет сразу уничтожить весь кубит.
Для этого Microsoft создаёт гибридные устройства из полупроводника и сверхпроводника. При определённых условиях на противоположных концах тонкого проводника должны возникать так называемые нулевые моды Майораны.
Это не обязательно фундаментальные частицы, свободно летающие в пространстве. В данном случае речь идёт о коллективных состояниях множества электронов внутри материала — квазичастицах, которые ведут себя в соответствии с математикой майорановских фермионов.
Пара таких состояний способна совместно хранить информацию о чётности числа частиц. Поскольку информация распределена между удалёнными участками устройства, локальный шум теоретически не должен легко её изменить.
В идеальной архитектуре операции с такими состояниями могут быть защищены топологически — зависеть не от мельчайших деталей движения, а от общего порядка, в котором квазичастицы взаимодействуют или «переплетаются».
На практике Microsoft разрабатывает вариант вычисления, основанный преимущественно на измерениях чётности. В опубликованной дорожной карте компания описывает постепенный переход от одного экспериментального кубита к двухкубитной системе, затем к демонстрации коррекции ошибок и к массивам логических кубитов. Пока это именно дорожная карта, а не готовый компьютер.
Что показала Microsoft
В 2025 году команда Microsoft опубликовала в Nature результаты измерения чётности в гибридных структурах из арсенида индия и алюминия.
Исследователям удалось различать два состояния чётности в единичном измерении с вероятностью ошибки около одного процента. Это важный технический результат: быстрое и точное измерение чётности необходимо для архитектуры квантового компьютера Microsoft.
Однако авторы той же статьи прямо указывали, что сами по себе эти измерения не определяют, являются ли обнаруженные низкоэнергетические состояния топологическими. Они показали необходимый элемент будущего топологического кубита, но не доказали существование полноценного топологически защищённого кубита.
В Majorana 2 компания изменила материалы. Вместо алюминия используется свинец, обладающий большей энергетической щелью. Грубо говоря, куперовские пары электронов в таком сверхпроводнике труднее разрушить, а значит, случайные возбуждения должны реже менять состояние чётности.
В опубликованном 2 июня препринте команда сообщает о характерном времени сохранения чётности около 20 секунд и отдельных интервалах продолжительностью до минуты. Это более чем в тысячу раз превышает показатели предыдущих алюминиевых устройств. При предполагаемой длительности операций порядка микросекунды между нежелательными переключениями действительно помещается огромное количество операций.
Но здесь появляется важное различие между языком научной статьи и языком презентации.
Microsoft в публичном сообщении называет показатель «временем жизни кубита» и сравнивает улучшение с батареей телефона, которая вместо одного дня работала бы почти три года.
В самой научной работе измеряется время жизни чётности — устойчивость системы к определённому типу ошибки, связанному с проникновением лишних квазичастиц. Это крайне важный показатель, но он не равен полному времени когерентности логического кубита и не означает, что устройство уже способно выполнять длинную универсальную квантовую программу.
Компания показала, что один из главных механизмов ошибок можно резко подавить.
Она ещё не показала компьютер, который провёл полезное вычисление.
Почему физики продолжают спорить
Проблема поиска майорановских состояний заключается в том, что природа умеет создавать убедительные подделки.
В реальном нанопроводе существуют неоднородности, дефекты, квантовые точки и обычные связанные состояния Андреева. Они могут давать сигналы, похожие на ожидаемые признаки топологической фазы.
Поэтому увидеть состояние около нулевой энергии недостаточно. Нужно показать, что оно действительно имеет топологическую природу, находится в устойчивой фазе и обладает именно теми нелокальными свойствами, ради которых строится вся архитектура.
Генри Легг проанализировал данные, лежавшие в основе прежней настройки устройств Microsoft. По его выводам, измерение чётности проводилось в областях параметров со значительным беспорядком, которые могли не иметь устойчивой сверхпроводящей щели. В таком случае наблюдаемые сигналы допускают обычное, нетопологическое объяснение. Его критическая работа была опубликована в Nature 24 июня 2026 года.
Это не означает, что Microsoft ничего не создала.
Компания действительно умеет производить сложные наноструктуры, управлять ими и измерять редкие квантовые эффекты. Новое устройство на основе свинца отличается от более ранней алюминиевой системы, которую анализирует Легг.
Но прежний спор повышает требования к новым заявлениям.
Недостаточно показать долгую жизнь чётности. Нужно независимо подтвердить существование устойчивой топологической фазы, продемонстрировать нелокальность состояний, выполнить операции над кубитом, измерить все существенные типы ошибок и показать, что защита действительно улучшается при масштабировании.
Microsoft пока представила не финальное доказательство, а сильный набор аргументов в пользу того, что её путь может работать.
Где заканчивается эксперимент и начинается компьютер
В квантовой индустрии легко смешать несколько разных уровней достижения.
Первый — наблюдение интересного квантового эффекта. Второй — создание физического кубита, состоянием которого можно управлять и который можно измерять. Третий — создание логического кубита, защищённого коррекцией ошибок. Четвёртый — масштабирование большого количества логических кубитов. Пятый — выполнение задачи, имеющей практическую ценность и превосходящей лучшие классические решения.
Microsoft находится где-то между первыми двумя уровнями собственной топологической архитектуры. Компания продемонстрировала элементы измерения и существенно улучшила стабильность чётности, но ещё не показала полноценный логический топологический кубит.
Тем временем квантовая отрасль в целом тоже не закрыла вопрос практической пользы.
Исследователи уже проводили вычисления, которые классическому компьютеру чрезвычайно трудно точно воспроизвести. Но часто это специально сконструированные тесты, предназначенные для демонстрации возможностей самого устройства. Они ещё не означают, что квантовая машина решила ценную промышленную или научную задачу лучше, быстрее и дешевле классической системы.
DARPA поэтому использует предельно строгий критерий. Полезным считается не просто большой или необычный квантовый компьютер, а машина, чья вычислительная ценность превышает совокупную стоимость её создания и эксплуатации. Агентство планирует независимо проверять разные архитектуры и выяснить, можно ли построить такую систему к 2033 году. Microsoft входит в число компаний, подходы которых проходят эту оценку.
Это, пожалуй, лучший способ отделить технологию от обещания. Компьютер должен не только существовать. Он должен окупать сложность своего существования результатом.
Microsoft может оказаться права
Скептицизм вокруг Majorana 2 не означает, что ставку Microsoft следует считать ошибочной.
Напротив, компания пытается решить наиболее фундаментальную проблему квантовых компьютеров: не построить всё более огромную систему вокруг крайне хрупких элементов, а сделать сам элемент устойчивее.
Если топологический кубит удастся реализовать, количество физических компонентов, необходимых для одного логического кубита, может существенно сократиться. Тогда архитектура Microsoft действительно способна оказаться удобнее для масштабирования, чем некоторые конкурирующие подходы.
Двадцатисекундное время сохранения чётности в устройстве, где операции могут занимать микросекунды, — значительный экспериментальный результат. Замена алюминия свинцом показывает, что характеристики системы можно улучшать не только более точным управлением, но и инженерией самого материала.
Но промежуток между «один механизм ошибки подавлен» и «создан коммерчески полезный квантовый компьютер» огромен.
За три года, оставшиеся до обещанного Microsoft 2029 года, необходимо продемонстрировать управляемый кубит, подтвердить топологическую защиту, связать кубиты между собой, выполнить набор операций, реализовать коррекцию ошибок и масштабировать систему без резкого падения качества.
Возможно, компания действительно нашла короткий путь.
Возможно, перед нами необходимый, но лишь один из множества промежуточных шагов.
И возможно, сама физическая интерпретация устройства ещё изменится, хотя созданные материалы и методы измерения всё равно окажутся полезны для квантовой инженерии.
Два доказательства
Квантовый компьютер должен пройти две разные проверки.
Сначала необходимо доказать, что работает его физика: состояния действительно являются тем, чем их считают исследователи, кубиты управляемы, ошибки исправляются, а система масштабируется.
Затем необходимо доказать, что кому-то нужен результат: машина должна решить реальную задачу лучше классического компьютера и сделать это с учётом всей стоимости охлаждения, управления, коррекции ошибок и обслуживания.
Microsoft пока работает над первым доказательством.
Второе пока не предъявила вся индустрия.
Именно поэтому новый чип нельзя честно назвать ни пустым маркетингом, ни готовой технологической революцией. Majorana 2 — серьёзный экспериментальный результат и одновременно обещание, большая часть которого ещё обращена в будущее.
Главный вопрос заключается не в том, верить ли Microsoft.
Наука вообще не требует веры.
Она требует следующего устройства, следующего эксперимента и результата, который уже невозможно объяснить иначе.
Microsoft, возможно, приблизилась к кубиту, защищённому самой природой. Теперь ей предстоит доказать, что природа действительно защищает именно кубит — а не только красивую интерпретацию измеренного сигнала.
Изображение сгенерировано нейросетью
Продолжаем разговор во ВКонтакте — обсуждение, споры и позиции. Подписывайтесь и включайтесь