Skrót NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum), ukuty przez Johna Preskilla, opisuje maszyny, które mamy dziś: dziesiątki do setek kubitów, zbyt zaszumionych na pełną korekcję błędów, ale zbyt ciekawych, by je ignorować.
Wróg numer jeden: dekoherecja
Kubit nadprzewodzący traci spójność w czasie rzędu setek mikrosekund. Jeżeli czas pojedynczej bramki to ~50 ns, dostajemy budżet kilku tysięcy operacji — zanim stan rozpłynie się w środowisku. Wierność obwodu spada w przybliżeniu wykładniczo z liczbą bramek:
$$F \approx \prod_i f_i \approx f^{\,N} \xrightarrow{\;f=0.999,\ N=1000\;} \approx 0.37$$
Trzy dziewiątki wierności na bramkę brzmią świetnie, dopóki nie pomnożysz ich tysiąc razy. To jest właśnie ściana, o którą rozbija się większość „kwantowych” nagłówków prasowych.
Mitygacja zamiast korekcji
Skoro pełna korekcja błędów wymaga tysięcy kubitów fizycznych na jeden logiczny, era NISQ wykształciła tańsze półśrodki:
- Zero-noise extrapolation (ZNE) — celowo zwiększamy szum, mierzymy trend i ekstrapolujemy wynik do zera szumu.
- Probabilistic error cancellation (PEC) — odwracamy kanał szumu statystycznie, kosztem wariancji rosnącej wykładniczo.
- Dynamical decoupling — sekwencje impulsów, które „uśredniają” powolny szum otoczenia w czasie bezczynności kubitu.
Co NISQ robi dobrze?
Uczciwa lista jest krótsza niż chcieliby marketerzy: badania samego szumu i materiałów, symulacje małych układów fizycznych, prototypowanie algorytmów wariacyjnych (VQE, QAOA) i — co ważne — uczenie ludzi. Przewaga kwantowa na problemach praktycznych wciąż wymaga maszyn odpornych na błędy.
Moja reguła kciuka: jeśli ktoś obiecuje kwantowe przyspieszenie bez podania głębokości obwodu i budżetu błędów — to jeszcze nie inżynieria, to marketing.
Droga do kubitów logicznych
Kody powierzchniowe wymagają, by fizyczna stopa błędów zeszła poniżej progu ~1%. Najlepsze procesory już to osiągają, a pierwsze demonstracje kubitów logicznych działających lepiej niż ich fizyczne składniki to prawdopodobnie najważniejszy wynik ostatnich lat. Era NISQ się nie skończyła — ale po raz pierwszy widać jej horyzont.