Google хочет создать квантовый компьютер, который полностью изменит ваши жизни. Ого, а на сколько это реально?
Научпоп20 мая 2021, 20:03
На ежегодной конференции для разработчиков Google I/O 2021 компания выкатила множество анонсов — тут тебе и новая версия Android, и инструмент, который определяет кожные заболевания, и искусственный интеллект, который может поддержать любую беседу с человеком (да, с ним можно поговорить даже об украинской политике).
Однако меня особенно заинтересовал новый кампус Quantum AI в Калифорнии, который должен помочь компании выполнить ее чрезвычайно амбициозную цель — создание коммерческого квантового компьютера до 2029 года.
Почему здесь фигурирует слово коммерческий? Что это значит? И разве у нас до сих пор нет квантовых компьютеров? Мы же постоянно читаем новости о том, как они что-то там считают быстрее обычных компьютеров, симулируют Вселенные и вообще помогут нам разгадать чуть ли не все тайны мироздания. Давайте разбираться.
Начнем с того, что вообще такое квантовый компьютер. Его создают из различных металлов, сердцем которых является маленький процессор, охлажденный в специальном холодильнике до температуры, близкой к абсолютному нулю (около -273 градусов Цельсия). Он подключен к обычной электронике, которая работает при комнатной температуре, и считывает информацию из квантового компьютера при помощи цифро-аналоговых преобразователей.
В обычных компьютерах вся информация зашифрована в битах — минимальной единице информации. Они существуют лишь в одном состоянии из двух — 0 или 1 (это важно). Фактически, вся страница, которая сейчас открыта в вашем браузере — это набор нулей и единиц, которые выстраиваются в определенном порядке. Кубит — это минимальная единица информации в квантовых компьютерах. Главное его отличие от бита — он может находиться в суперпозиции, то есть в двух состояния одновременно — и 0, и 1.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
Чем больше кубитов в квантовом компьютере, тем больше возможных состояний ему доступны. Один кубит добавляет одну степень к 2. Два кубита даст 4 возможных состояния (2²); десять кубитов — 1024 (2¹º) и так далее. Благодаря этому квантовые компьютеры потенциально могут перебирать варианты и решать задачи намного быстрее, чем обычные.
В наших реалиях действующих квантовых компьютеров нет. То есть, они как бы есть, но больше выполняют роль прототипов, чем действительно рабочих машин. В 2019 году Google уже заявлял о достижении квантового превосходства, но на самом деле это была красивая оболочка, под которой крылось примерно ничего.
«Квантовые компьютеры не могут „превосходить“ классические только на базе одного лабораторного эксперимента, который был нужен, чтобы реализовать одну очень специфическую процедуру квантовой выборки вне практического применения. На самом деле, квантовые компьютеры никогда не будут „господствовать“ над классическими компьютерами, а призваны работать в тандеме с ними, поскольку у каждого типа компьютеров есть свои уникальные преимущества», — рассуждал в комментариях для НВ директор IBM Research Дарио Гил.
Квантовое превосходство — это возможность решать проблемы, с которыми не справятся обычные компьютеры, при помощи квантовых вычислительных устройств. Коммерческий квантовый компьютер должен оказывать положительное влияние на общество и реализовывать практические решения, которые помогут нам решать реальные задачи, а не гипотетические. Ученые верят, что такие устройства приведут к огромному количеству научных открытий, которые не только сильно улучшат качество жизни, но и помогут решить загадки человечества — как появилась Вселенная или что находится внутри черной дыры.
Но вернемся к Google. В 2019 году компания рассказала о своем процессоре Sycamore — первом программируемом квантовом процессоре, который может достигать квантового состояния 53 кубитов. Их разработка действительно смогла справиться с задачей, на которую у классического компьютера ушло бы 10 тыс. лет (по крайней мере, так утверждает сама компания), за три минуты и двадцать секунд. Правда позднее сотрудники IBM опровергли это заявление — при определенных настройках их суперкомпьютер справился бы с задачей за два с половиной дня. Это, конечно, не три минуты, но и не 10 тыс. лет! Ну да ладно, все мы любим преувеличивать свои достоинства, не так ли?
Так вот, этой задачей было «доказательство случайности чисел, которые созданы генератором случайных чисел», что считается идеальной проблемой для эталонного тестирования (бенчмаркинга). Однако на тот момент это была единственная задача, с которой справлялся этот квантовый компьютер — никакой практической ценности он в себе не нес, а был лишь демонстрацией потенциальных возможностей квантовых вычислительных систем. Выполнение других задач было ему не под силу из-за большого количества ошибок, а также нерационального потребления энергии.
Теперь Google обещает к 2029 году создать коммерческий квантовый компьютер, который полностью сможет раскрыть потенциал этих устройств. «Мы находимся на переломном этапе. У нас есть важные компоненты которые вселяют в нас уверенность. Мы знаем, как воплотить этот план», — говорит Хартмут Невен, ученый, курирующий проект Quantum AI в Google.
С прошлого года компания дает ученым возможность экспериментировать со своей ранней технологией квантовых вычислений. Невен утверждает, что в ближайшее время доступ к ней смогут получить еще больше предприятий и исследователей, таким образом «обучая» систему.
Криостат квантового компьютера — одно из самых холодных мест на планете. Температура достигает -273 градусов Цельсия.
Для создания коммерческого квантового компьютера Google планирует поместить в него 1 миллион кубитов. Нынешняя «демо-версия» квантового компьютера Sycamore работает на 54 кубитах. Разницу, я думаю, вы ощущаете. Как же компания планирует настолько увеличить и ускорить работу своей системы? Для этого там придумали концепцию «вечного» или «идеального кубита».
Физические кубиты очень зависят от окружающей среды и минимальные изменения в ней — небольшое колебание температуры или даже неверное движение — может привести к ошибкам в их работе. Для исправления этих ошибок 1000 физических кубитов планируют объединять в один «логический кубит». Если кубиты в нем будут сохранять согласованность столько времени, сколько потребуется ученым, то это ознаменует достижение этого самого «вечного» или «идеального кубита».
Пара таких «идеальных кубитов» будет формировать «квантовый транзистор». А сотни или даже тысячи таких транзисторов в конце концов сформируют первый коммерческий квантовый компьютер.
Насколько далеки в Google от реализации этих планов? Потребуется точно около 10 лет — об этом заявляют даже представители компании, которые, как мы знаем, обычно любят преувеличить свои возможности. Действительно ли мы получим эту чудо-машину к 2029 году? Сейчас этого не скажет никто — но обещаем, что мы будем следить за этой темой и рассказывать вам самое интересное.