Квантовые компьютеры стали ближе к практике

Как и другие технологические гиганты, такие как Microsoft и IBM, Google активно изучает возможности квантовых вычислений, которые обещают значительно ускорить обработку данных по сравнению с современными системами. Пока задача, решенная командой Google в лаборатории в Санта-Барбаре, штат Калифорния, не имеет прямого коммерческого применения, однако в будущем квантовые компьютеры смогут находить пока недоступные для современных технологий решения в таких областях, как медицина, химия аккумуляторов и искусственный интеллект.

Результаты были получены с использованием нового чипа под названием Willow. Он содержит 105 кубитов. Квантовый бит, или кубит, – это единица информации в квантовом компьютере. Он отличается от обычного бита тем, что может принимать любое значение между 0 и 1 в процессе вычислений. Это происходит благодаря принципу суперпозиции в квантовой механике.

Кубиты – это быстрые, но уязвимые элементы. Из-за событий в космосе они могут столкнуться с чем-то настолько крошечным, как элементарная частица. И чем больше кубитов помещается на чип, тем больше вероятность возникновения ошибок, которые могут привести к тому, что квантовый чип станет по эффективности равен обычному компьютерному.

С 1990-х годов ученые пытаются снизить вероятность возникновения ошибок и повысить надежность квантовых компьютеров. И вот в свежем выпуске журнала Nature Google рассказал о том, что ее разработчики нашли способ соединить кубиты в чипе Willow так, чтобы количество ошибок уменьшалось с увеличением числа кубитов. Кроме того, компания утверждает, что может исправлять ошибки в реальном времени. Это важный шаг на пути к созданию практичных квантовых компьютеров.

Некоторые конкуренты Google работают над созданием чипов с большим количеством кубитов, чем у Google. Однако, как заявил главный архитектор Google Quantum AI Энтони Мегрант: «Мы стремимся производить самые надежные кубиты, которые только можно создать».

Ранее чипы Google производились на предприятии в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Однако для создания чипов Willow компания построила собственную специализированную производственную площадку. Новое оборудование позволяет ускорить производство «чипов будущего», которые охлаждаются в огромных холодильниках – криостатах.

Напомним, что в последние годы эксперименты, связанные с созданием квантовых систем, довольно часто завершались успехом.

В 2020 году исследователи из Научно-технического университета Китая сообщили о достижении квантового превосходства их квантовым компьютером «Цзючжан». Всего за несколько минут компьютер смог решить задачу, на решение которой традиционным способом потребовалось бы около 2 млрд лет. В основе работы компьютера лежат оптические квантовые вычислители, использующие фотоны в качестве кубитов.

В 2021 году ученые из Китая разработали еще два инновационных устройства: «Цзу Чунчжи 2.1» – сверхпроводящий квантовый процессор с 66 кубитами и «Цзючжан 2.0» – квантовый компьютер со 113 фотонами-кубитами, который способен решать задачу отбора проб гауссовых бозонов в септиллион раз быстрее, чем самые мощные суперкомпьютеры.

В том же 2021 году компания IBM представила новый квантовый процессор Eagle, созданный на основе 127 сверхпроводящих кубитов. В 2022 году IBM анонсировала другую новинку – Osprey, которая будет использоваться в компьютере IBM Quantum System Two. В процессоре Osprey – 433 кубита.

Ранее специалисты Сколтеха объясняли, почему квантовый компьютер – не замена классическому, а другой продукт. Он нишевый, очень дорогой, зато может применяться в тех процессах, где не может использоваться «классика».

Например, химические реакции по своей природе являются квантовыми, и применение квантовых компьютеров для моделирования химических процессов открывает новые горизонты в этой области науки. В частности, это может способствовать созданию новых лекарственных препаратов и материалов, универсальных вакцин и пониманию механизмов заболеваний.

Также супер-оперативное решение логистических задач позволяет оптимизировать товарные потоки. Одним из самых известных примеров таких решений является решение задачи коммивояжера, которая заключается в поиске оптимального маршрута для агента, который должен посетить заданное количество точек с минимальными затратами времени. Было установлено, что даже для 66 точек точное решение задачи методом перебора всех возможных путей заняло бы у самого мощного классического компьютера миллиарды лет. Однако квантовый компьютер сможет решить эту задачу для сотен и тысяч точек за время от нескольких секунд до нескольких часов.

Кроме того, в основе алгоритмов криптоанализа также лежат уникальные принципы взаимодействия квантовых объектов. И в квантовом компьютере нет риска взлома шифра и прочтения конфиденциальной информации.