Um computador quântico que executa algoritmos de valor prático, com taxas de erro lógico baixas o bastante para que a resposta seja confiável. Ele faz isso codificando cada qubit lógico em muitos qubits físicos ruidosos e corrigindo os erros mais rápido do que eles se acumulam.
Escopo
No escopo: a máquina completa que corrige os erros de uma computação, construída aqui a partir de qubits físicos, um decodificador em tempo real, controle criogênico e refrigeração, e enlaces entre módulos. Fora do escopo: máquinas ruidosas de escala intermediária sem correção de erros, sensores quânticos e redes quânticas como fins em si. O decodificador é coberto por quantum/real-time-qec-decoder e os enlaces entre módulos por quantum/quantum-interconnect.
Maturidade
TRL 4 (4 de 9)
Uma memória de código de superfície de distância 7 abaixo do limiar foi demonstrada em laboratório; nenhum algoritmo lógico de valor prático foi executado, e a fiação, a refrigeração e a decodificação para uma máquina de um milhão de qubits não estão construídas.
O que alcançar a meta mudaria, e para quem. Nenhuma afirmação é mais forte que a evidência que cita.
Riscorelatada
Um computador quântico com menos de um milhão de qubits ruidosos poderia fatorar um inteiro RSA de 2048 bits em menos de uma semana, sob as hipóteses da estimativa: erro de porta uniforme de 0,1%, ciclo do código de superfície de 1 microssegundo e tempo de reação do controle de 10 microssegundos.
Quem: Qualquer pessoa cujos dados são protegidos por RSA-2048
Desbloqueado pela meta de Qubits físicos
Contribui para: Indústria, inovação e infraestrutura
Erro lógico por ciclo principalfaltam 9,2 ordens de grandeza
Probabilidade de um qubit lógico com correção de erros falhar numa rodada de correção de erros. Quanto menor, melhor.
Atual (2024-12-09)0,00143
Meta10⁻¹²
Limite–
Condições. Memória de código de superfície, distância 7, 101 qubits, processador supercondutor.
Por que esta meta. A estimativa de Gidney para o RSA-2048 roda por menos de uma semana com ciclo de 1 microssegundo, cerca de 6e11 ciclos (6,05e5 s divididos por 1e-6 s; durações de gidney2025how). Um único qubit lógico deve então falhar com probabilidade bem abaixo de 1/(6e11), cerca de 1,7e-12, por ciclo; com muitos qubits lógicos a exigência é ainda menor, de modo que 1e-12 é um piso da ordem de grandeza, não um orçamento preciso.
Infidelidade média de uma porta de dois qubits, 1 - F_avg, medida por benchmarking aleatorizado ou benchmarking aleatorizado intercalado. Uma infidelidade de processo (de Pauli), como a que o benchmarking de ciclo ou de entropia cruzada relata, é convertida por r_avg = d r_process / (d + 1) = 0,8 r_process para d = 4, e a ficha diz isso. Quanto menor, melhor.
Atual (2025-01-01)6 × 10⁻⁴
Meta0,001
Limite–
Condições. Melhor par isolado relatado: porta de 60 ns em dois qubits fluxonium, benchmarking aleatorizado.
Por que esta meta. A estimativa de Gidney para o RSA-2048 supõe um erro de porta uniforme de 0,1% em uma grade quadrada de qubits. O melhor par já supera esse valor, de modo que a lacuna é a uniformidade em um milhão de qubits, não o melhor par.
Observação. as_of é o início do ano de publicação (PRX Quantum volume 6, 2025); a data exata não estava no resumo. Um par, não uma matriz uniforme.
Número de qubits físicos operados em conjunto num mesmo dispositivo. Quanto maior, melhor.
Atual (2024-12-09)101 qubit
Meta10⁶ qubit
Limite–
Condições. Qubits usados pela memória de código de superfície de distância 7 no processador Willow.
Por que esta meta. Limite superior da estimativa de recursos do RSA-2048: menos de um milhão de qubits ruidosos (gidney2025how), abaixo dos 20 milhões da estimativa de 2019.
Pares isolados de qubits supercondutores alcançam fidelidade de porta de dois qubits de 99,94% (erro de 6e-4) com estabilidade por 24 dias, mas uma máquina de um milhão de qubits precisa de todos os pares perto desse nível ao mesmo tempo, com a fuga e a diafonia contidas. A memória do Willow operou com 0,143% de erro lógico por ciclo na distância 7, cerca de nove ordens de grandeza aquém da meta. Fechar a lacuna exige tanto erro físico menor quanto maior distância de código em muito mais qubits.
Abordagens
Qubits fluxonium com portas diretas de dois qubits (TRL 3)lin2025days
A maior memória com correção de erros na evidência usa 101 qubits; a meta é de até um milhão. Uma linha coaxial por qubit vinda da temperatura ambiente não escala, de modo que o controle e a leitura precisam passar para dentro do criostato. A multiplexação cryo-CMOS funcionou abaixo de 15 mK sem degradar os tempos de relaxação, e a demultiplexação digital supercondutora operou um sistema de vários qubits, ambas em escala de laboratório.
Múons e raios gama criam surtos de quasipartículas que causam erros correlacionados em todo o chip, que a correção de erros não consegue absorver. Uma medição em um processador de 63 qubits separou as contribuições dos múons e dos raios gama. A conversão descendente de fônons pela face traseira reduziu o envenenamento correlacionado em duas ordens de grandeza em chips de três qubits; isso não foi demonstrado em uma matriz de um milhão de qubits.
Abordagens
Conversão descendente de fônons com reservatórios de metal normal na face traseira (TRL 4)iaia2022phonon
O decodificador do Willow teve média de 63 microssegundos na distância 5, seis vezes o tempo de reação de 10 microssegundos suposto na estimativa do RSA-2048, e com tempo de ciclo de 1,1 microssegundo, longe de 1 microssegundo com milhares de qubits lógicos. Decodificadores em FPGA relatam dezenas a centenas de nanossegundos por rodada de medição em estudos com ruído modelado, o que não é a mesma grandeza que a latência de ponta a ponta em um experimento em execução.
Cada qubit cabeado acrescenta carga térmica passiva dos cabos e carga ativa da dissipação dos sinais. O refrigerador de diluição mais potente na evidência entrega 2 mW a cerca de 100 mK, com temperatura de base de 6,6 mK; nenhuma fonte no atlas declara a carga de uma máquina de um milhão de qubits. Modelos de recursos de máquinas modulares preveem a carga elétrica e térmica e apontam para dividir a máquina entre criostatos.
Uma máquina de vários nós precisa de emaranhamento entre criostatos. As portas entre nós podem ser duas a três ordens de grandeza mais ruidosas e mais lentas do que as operações locais, e uma análise de sistemas conclui que o desempenho dos enlaces precisa melhorar de 10 a 100 vezes.
Decodificador de correção quântica de erros em tempo realCada ciclo de correção de erros precisa ter suas síndromes decodificadas antes da próxima operação lógica que depende delas. Necessário: Tempo de reação de 10 microssegundos, o valor suposto na estimativa de recursos do RSA-2048 (gidney2025how).
Refrigeração por diluiçãoQubits supercondutores operam a cerca de 10 mK, e cada linha de controle e amplificador acrescenta calor a esse estágio. Necessário: Potência de resfriamento suficiente, em um criostato ou em vários interligados, para a carga térmica de até um milhão de qubits físicos e sua fiação.
Eletrônica criogênica de controleUma linha coaxial por qubit não escala para um milhão de qubits; a eletrônica de controle e leitura precisa ficar no frio.
Interconexão quânticaUma máquina de até um milhão de qubits dificilmente caberá em um único criostato, de modo que os módulos precisam ser interligados por canais quânticos.
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