Kot Schrödingera był żartem. Teraz naprawia komputery kwantowe

W 1935 roku Erwin Schrödinger wymyślił kota, żeby pokazać, jak absurdalna jest mechanika kwantowa. Zamknięte w pudle zwierzę miało być jednocześnie żywe i martwe — dopóki ktoś nie otworzy wieka. Schrödinger chciał tym eksperymentem myślowym ośmieszyć kopenhaską interpretację. Dziś, dziewięćdziesiąt lat później, ten sam kot — w wersji elektronicznej — jest najlepszym kandydatem do wyeliminowania największej wady komputerów kwantowych: tego, że ciągle się mylą.

Na początku 2025 roku trzy zespoły — w Mountain View, Pasadenie i New Haven — podjęły cichy wyścig o ten sam cel. Wszystkie trzy opublikowały wyniki w Nature. I wszystkie trzy twierdzą, że znalazły drogę na skróty.

Problem za dziewięć rzędów wielkości

Komputer kwantowy operuje na kubitach, które — w przeciwieństwie do klasycznego bitu — mogą być naraz zerem i jedynką. Ta superpozycja to cała ich siła. Ale jest krucha jak domek z kart. Najmniejszy szum termiczny, najsłabsze pole elektromagnetyczne — i kubit traci spójność. Zanim wykona jakiekolwiek użyteczne obliczenie, wynik zamienia się w szum.

Skala problemu przyprawia o zawrót głowy. Żeby złamać współczesne szyfrowanie albo zaprojektować nowy katalizator, komputer kwantowy musiałby wykonać biliony operacji bez ani jednego błędu. Tymczasem dzisiejsze kubity mylą się mniej więcej raz na tysiąc operacji. Między tym, co mamy, a tym, czego potrzebujemy, zieje przepaść dziewięciu rzędów wielkości — czyli miliard razy. To tak, jakby ktoś poprosił maszynistę, który myli się co trzecie przełożenie dźwigni, o poprowadzenie pociągu przez całą Syberię bez wypadku.

Rozwiązanie nazywa się kwantowa korekcja błędów. Pomysł jest stary jak informatyka: zamiast ufać jednemu kubitowi, zapisujesz tę samą informację w wielu kubitach, a potem stale je sprawdzasz. Jeśli jeden ulegnie błędowi, pozostałe go poprawiają.

Król siatki i jego tysiąc żołnierzy

Przez dwie dekady niekwestionowanym liderem tego podejścia był kod powierzchniowy — po angielsku surface code. Wyobraź sobie szachownicę z kubitów. Połowa pól przechowuje informację, druga połowa bez przerwy ją kontroluje, sprawdzając sąsiadów. W grudniu 2024 roku Google pochwalił się procesorem Willow — 105 kubitów — który jako pierwszy w historii zepchnął błędy poniżej progu, od którego powiększanie szachownicy naprawdę zaczyna pomagać. To był kamień milowy. Świat odetchnął: korekcja działa.

Ale był haczyk. Kod powierzchniowy naprawia oba typy błędów naraz — błąd bitu (zero zmienia się w jedynkę) i błąd fazy (znak superpozycji się odwraca). Za tę zupełność płaci się horrendalną cenę. Żeby utrzymać przy życiu jeden niezawodny, „logiczny" kubit, kod powierzchniowy potrzebuje nawet tysiąca fizycznych kubitów. Tysiąc żołnierzy, żeby chronić jednego generała. Przy tysiącu logicznych kubitów — minimum do czegoś pożytecznego — robi się z tego milion fizycznych. A my dziś potrafimy zbudować ich może sto.

Rys. 1. Kod powierzchniowy potrzebuje około tysiąca fizycznych kubitów, by chronić jeden kubit logiczny. Kod kotowy Amazona (Ocelot) osiąga to samo pięcioma kubitami kotowymi i czterema ancillami. Źródło: opracowanie własne na podstawie Putterman H. et al., Nature (2025), DOI: 10.1038/s41586-025-08642-7.

I tu właśnie zaczyna się pojedynek. Dwóch rywali postanowiło obejść siatkę.

Runda pierwsza: kot z Pasadeny

W lutym 2025 roku zespół Haralda Puttermana z centrum obliczeń kwantowych Amazona w Pasadenie pokazał coś, co wyglądało na herezję. Zamiast zwykłych kubitów użyli kubitów kotowych — bosonicznych stanów Schrödingera.

Kubit kotowy koduje informację w dwóch stanach, które są dokładnie tym, o czym pisał Schrödinger: superpozycją dwóch przeciwnych drgań pola w nadprzewodzącym rezonatorze. Żywy i martwy kot naraz, tyle że zamiast futra — fala elektromagnetyczna.

Kluczowa właściwość kota jest niemal magiczna. Okazuje się, że taki kubit jest naturalnie odporny na błędy bitu. Zwiększasz liczbę fotonów w rezonatorze — a czas, w którym kot może się „przypadkiem odwrócić", rośnie wykładniczo. Błąd bitu po prostu znika. Za to błąd fazy rośnie — ale tylko z nim trzeba walczyć. To się nazywa noise bias: asymetria szumu.

„To jak ochroniarz, który jest odporny na ciosy nożem — pozostaje mu tylko unikać trucizny. Nie potrzebuje pełnej zbroi" — mógłby powiedzieć teoretyk. W praktyce: zamiast naprawiać dwa typy błędów, naprawiasz jeden. Połowa roboty odpada.

Zespół Amazona zbudował układ pięciu kotowych kubitów danych i czterech pomocniczych transmonów, splecionych w kod powtórzeniowy o dystansie 5. Wynik: błąd logiczny na cykl spadł do 1,65 procenta — i, co kluczowe, układ pracował poniżej progu. Powiększysz kota, dostaniesz lepszą ochronę. Bez tysiąca żołnierzy.

Runda druga: qudity z Yale

Trzy miesiące później, w maju 2025, odpowiedział zespół Michela Devoreta z Yale. Ich pomysł był jeszcze dziwniejszy: całkowicie porzucić bity.

Zwykły kubit ma dwa stany — zero i jeden. A co, jeśli użyjesz quditu — kwantowej cyfry o trzech albo czterech stanach? To jak alfabet, w którym nagle pojawiają się dodatkowe litery. Większy alfabet oznacza, że tę samą informację da się zapisać gęściej, a niektóre operacje wykonuje się sprawniej.

Devoret i jego doktorantka B. L. Brock zakodowali qudit w kodzie GKP (Gottesman–Kitaev–Preskill) — matematycznej siatce, która rozkłada jeden kubit na wiele stanów fali. A żeby to zoptymalizować, wykorzystali sztuczną inteligencję: agent uczenia ze wzmocnieniem, ten sam typ algorytmu, który nauczył się grać w go lepiej niż ludzie. AI przez tysiące rund szukało najlepszego sposobu ułożenia siatki.

Wynik przekroczył magiczną granicę: break-even. To moment, w którym skorygowany logiczny qudit żyje dłużej niż jego najlepszy fizyczny składnik. Zysk 1,82 raza dla qutritu i 1,87 dla ququartu. Pierwszy raz w historii korekcja quditu nie tylko nadążała za degradacją — wyprzedziła ją.

Punkt zwrotny: nie walcz z błędem, przekieruj go

Dwie drogi, jeden wspólny wniosek. Amazon i Yale, choć różnymi metodami, wpadli na ten sam pomysł: zamiast budować coraz większą armię do walki z każdym błędem, zaprojektować sprzęt tak, by jeden typ błędu sam znikał, a potem naprawiać tylko to, co zostało.

To odwrócenie filozofii dwóch dekad. Kod powierzchniowy traktował błędy jak nieuniknione zło i budował wokół nich fortecę. Bosoniczne kody pytają: „a może da się błąd wykluczyć u źródła?". W pasadeńskim układzie błąd bitowy spada wykładniczo, bo natura kota go tłumi. W Yale większy alfabet kwantowy robi to samo — gęściej zapakowana informacja oznacza mniej miejsc, w których może się zepsuć.

Kto prowadzi? Na papierze — nadal Google. Willow działa, a jego wyniki są powtarzalne i rosną z dystansem. Ale Amazon i Yale pokazały, że licznik żołnierzy nie musi rosnąć w nieskończoność. Amazon już teraz szacuje, że przy optymalizacji cyklu zejdzie do pół procenta błędu na cykl, a w dalszej perspektywie — do jednej miliardowej, bez zmiany architektury. To obietnica, której kod powierzchniowy nie potrafi złożyć bez miliona kubitów.

Wyścig o miliardy — i o to, kto zbuduje mniej

Żeby zrozumieć, dlaczego to nie jest akademicka dyskusja, wystarczy jedna nazwa: Ocelot. Tak Amazon nazwał fizyczny chip, który opisuje pasadeńska praca — pierwszy układ krzemowy giganta z Seattle zaprojektowany z myślą o korekcji błędów. Ocelot to pięć kotowych kubitów i cztery transmonowe ancille, dokładnie ta architektura, którą Putterman opisał w Nature. Amazon nie prowadzi badań dla badań. Prowadzi je, bo wie, że rachunek za korekcję błędów zadecyduje o tym, czy komputer kwantowy kiedykolwiek na siebie zarobi.

Mówiąc wprost: jeśli potrzebujesz miliona fizycznych kubitów, żeby zbudować jeden użyteczny komputer, koszt staje się astronomiczny. Jeśli dzięki kotom wystarczy tysiąc — rachunek spada o trzy rzędy wielkości. To różnica między maszyną za miliardy dolarów a maszyną, którą można postawić w firmowej serwerowni.

Rynek już to wycenia. Szacunki firm doradczych — od McKinsey po BCG — mówią o wartości ekonomicznej obliczeń kwantowych rzędu setek miliardów dolarów do 2040 roku. IBM stawia na procesory Heron i Condor, Google inwestuje w Willow, Microsoft w topologiczne qubity Majorany. Każdy z tych gigantów wybrał inną drogę do tego samego celu: niezawodnego kubitu logicznego. A w tle rosną Chiny — zespół z Uniwersytetu Zhejiang, ten sam, który współpracował z polskim Instytutem Fizyki PAN, w 2026 roku pokazał kody o niskim narzucie sprzętowym, a chińskie maszyny Zuchongzhi i Jiuzhang regularnie biją rekordy.

W tym wyścigu nie chodzi tylko o komputery. Chodzi o to, kto pierwszy złamie dzisiejsze szyfrowanie — i kto pierwszy zbuduje takie, którego złamać się nie da.

Polska w tym wyścigu — nie na trybunach

Łatwo uznać, że to amerykańska gra i Polska tylko się przygląda. Błąd.

Wśród autorów pasadeńskiej pracy jest Przemysław Bienias — polski fizyk pracujący dla Amazona. W Yale, nad tymi samymi kodami, pracował Aleksander Kubica. A to dopiero wierzchołek. W 2026 roku w Nature Physics opublikowano pracę „Demonstration of low-overhead quantum error correction codes" — jednym ze współautorów jest Pei-Xin Shen z Instytutu Fizyki PAN. Polska nie tylko kupuje kwantowe komputery; Polska współtworzy ich fundamenty.

Na krajowym podwórku teoria korekcji błędów kwantowych ma realne zaplecze. Ryszard Kukulski, Łukasz Pawela i Zbigniew Puchała z Instytutu Informatyki Teoretycznej i Stosowanej PAN w Gliwicach pracują nad probabilistyczną korekcją błędów. Piotr Czarnik z Uniwersytetu Jagiellońskiego rozwija metody częściowej korekcji dla komputerów średniej skali. Markus Grassl z Uniwersytetu Gdańskiego bada metryki podciał w kodach kwantowych. We Wrocławiu i na AGH prowadzi się prace nad wielopoziomową korekcją.

A sprzęt? PSNC w Poznaniu w ramach konsorcjum EuroHPC uzyskało prawo do goszczenia europejskiego komputera kwantowego — EuroQCS-Poland. To nie jest maszyna, która dziś zniweluje lukę dziewięciu rzędów wielkości. Ale to dokładnie ta infrastruktura, na której jutro testowane będą bramki odporne na błędy — te same, które Amazon i Yale właśnie opracowały.

Stawka jest konkretna i ma datę. Eksperci szacują, że w ciągu dekady komputer kwantowy z korekcją błędów może złamać RSA-2048 — szyfrowanie, na którym opiera się dziś cały internet. EuroQCI — europejska sieć komunikacji kwantowej — ma termin na 2030 rok. Kto pierwszy zbuduje logiczny kubit, który przetrwa dłużej niż jego fizyczne komponenty, ten wyznaczy standardy dla całej reszty. Kot Schrödingera, który miał być żartem, właśnie stał się najpoważniejszym zakładem w fizyce.

Źródła

• Putterman H., Noh K., Hann C.T. i in., Hardware-efficient quantum error correction via concatenated bosonic qubits, Nature 638, 927 (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08642-7
• Brock B.L., Singh S., Eickbusch A. i in., Quantum error correction of qudits beyond break-even, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08899-y
• Wang K., Lu Z., Zhang C. i in., Demonstration of low-overhead quantum error correction codes, Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-025-03157-4
• Google Quantum AI, Quantum error correction below the surface code threshold, Nature 638, 920 (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08449-y
• Kukulski R., Pawela Ł., Puchała Z., On the probabilistic quantum error correction, IEEE Transactions on Information Theory (2023). DOI: 10.1109/tit.2023.3254054