Технологические прорывы 2017 года. Когда появятся квантовые компьютеры

С появлением квантовых компьютеров мы получим приложения с огромными вычислительными и скоростными возможностями.

Успехи Google и Intel в области создания квантовых компьютеров говорят о том, что они находятся в пределах нашей досягаемости и могут стать доступны широкой аудитории уже через пять лет.

Что такое квантовый компьютер?

В основе квантовых вычислений лежит квантовый бит, или кубит, основная единица информации, аналог 0 и 1 в транзисторах вашего компьютера. Кубиты имеют гораздо больше возможностей, чем классические биты, из-за двух уникальных свойств: они могут представлять одновременно и 1, и 0, могут влиять на другие кубиты через явление, известное как квантовая запутанность. Это позволяет квантовым компьютерам сократить путь к правильным ответам в определенных типах вычислений.

Квантовые компьютеры будут задействованы в факторизации больших чисел. С помощью них можно будет легко взломать многие современные методы шифрования и, возможно, создать по-настоящему невзламываемые. КК будут способны решать сложные задачи оптимизации и выполнения алгоритмов машинного обучения. Мы получим приложения с такими вычислительными и скоростными возможностями, которые еще никто не представлял на рынке компьютеров.

В чем прорыв?

Изготовление стабильных кубит – базовой единицы квантовых компьютеров, из-за которой он до сих пор не выпущен на рынок

Почему это важно?

Квантовые компьютеры могут работать экспоненциально быстрее программы искусственного интеллекта и решать задачи комплексного моделирования и планирования. Они могут даже создать невзламываемые системы шифрования.

Современные разработки

Одна из лабораторий в голландском научно-исследовательском институте QuTech отвечает за несколько самых передовых в мире квантовых компьютеров. По внешнему виду такие разработки очень похожи на испытание вентиляции или объектов кондиционирования. Эта лаборатория спрятана в специально отведенном для испытаний помещении, в Дельфтском технологическом университете. Вход сюда строго воспрещен. Повсюду стоит гул резонансных волн. Создается ощущение, будто шумит целый рой электрических кузнечиков. Помещение заставлено связками изолированных труб, кабелей, а аппаратное управление помещается в большом синем цилиндре, стоящем на трех-четырех опорах.

Внутри синего цилиндра расположены надувные холодильники – в них происходят процессы на уровне микрочастиц, где нанопроволока, полупроводники и сверхпроводники встречаются на отметке чуть выше абсолютного нуля. Именно здесь, в пределах законов физики, твердые материалы порождают так называемые квазичастицы, чье необычное поведение дает им возможность служить в качестве ключевых компонентов квантовых компьютеров.

В этой лаборатории, в частности, были достигнуты успехи, которые сделали окончание проекта над квантовым компьютером реальностью. По прогнозу ученых из MIT, через несколько лет квантовые компьютеры смогут переписать историю шифрования, материаловедения, фармацевтических исследований и искусственного интеллекта.

Нестабильные кубиты

Каждый год квантовый компьютер становится кандидатом на главный технологический прорыв, но каждый год мир приходит к одному и тому же выводу: еще не время. Действительно, в течение многих лет кубиты и квантовые компьютеры существовали, в основном, на бумаге, или в условиях непредсказуемых экспериментов, в ходе которых под сомнением оставалась даже их целесообразность. Однако канадская компания D-Wave Systems продает машины, которые называет «квантовыми компьютерами». В ней она задействует технологию квантовой нормализации. Этот подход, как заметили скептики, в лучшем случае, применим для очень ограниченного набора вычислений и не может предложить никаких преимуществ в скорости, по сравнению с классическими компьютерами.

В этом году строится сразу несколько экспериментальных машин. Корпорации Google, IBM, Intel и Microsoft готовы поддерживать проекты для исследования и разработки технологий, необходимых, чтобы построить «реальный» рабочий квантовый компьютер. Гиганты заинтересованы прежде всего в разработке в области микроэлектроники, сложных схем и программного управления.

Проект в Дельфтском университете возглавляет Лео Кувенховен, профессор, нанятый корпорацией Microsoft. Его главная цель – преодолеть одно из самых давних препятствий на пути построения квантовых компьютеров. Сложность заключается в том, что кубиты крайне чувствительны к колебаниям электрического поля и, следовательно, дают высокую вероятность сбоя. Кубиты станут полезными для нового изобретения, если им удастся добиться сразу двух квантовых суперпозиций (т.е. находиться в двух физических состояниях одновременно) в условиях запутанности.

Температура в этом синем холодильнике опускается до отметки чуть выше абсолютного нуля, что делает возможными квантовые эксперименты глубоко внутри него.

Люди уже давно прикладывают большие усилия для создания квантовых компьютеров, возможности которых превысят потенциал самых современных ПК. Но теперь Кувенховен и его коллеги пытаются создать изначально защищенные кубиты – стабильные к внешнему воздействию, к примеру как узлы на веревке.

«Несмотря на эффект, деформирующий веревку, мы будем ее подтягивать, – говорит Кувенховен, – узлы кубит останутся неизменными, и вы не потеряете информацию».

Такая стабильность позволит исследователям расширить масштабы квантовых компьютеров, что существенно сократит вычислительные мощности, необходимые для исправления ошибок.

Работа Кувенховена основывается на управлении уникальными квазичастицами, которые до 2012 года даже не были обнаружены.

Прогнозы

Скоро мы будем знать больше о том, что могут квантовые компьютеры. Ранее исследователи построили полностью программируемый пятикубитовый квантовый компьютер и более хрупкие – 10-20-кубитовые тестовые версии. Глава рабочей группы квантовых вычислений компании Google, Хармут Невен заявил, что его команда преследует цель –через год построить 49-кубитовую систему.

Машина около 50 кубит выбрана в качестве цели не случайно – это барьер квантового превосходства, за которым уже неклассический суперкомпьютер будет способен обрабатывать данные экспоненциальных объемов. Это будет похоже на коммуникацию иного уровня, которая позволит такому компьютеру перейти в разряд квантовых. Именно рост памяти на компьютере является его пропускным билетом на пути к квантовому суперкомпьютеру. Другими словами, топы суперкомпьютерных систем смогут делать все то же самое, что пять 20-ти кубитовых квантовых компьютеров, но в пределах 50 кубит. Физически это кажется невозможным. Так и есть. Но не в условиях квантового скачка.

Все академические и корпоративные исследователи квантовых компьютеров сошлись во мнении, что где-то между 30 и 100 кубитами квантовые компьютеры способны стабильно выполнять широкий спектр вычислений. Именно на этой ступени их развития они начинают приобретать высокую коммерческую ценность. Чтобы такие системы появились в продаже, потребуется от двух до пяти лет.

В итоге мы сможем ожидать систему в 100 тысяч кубит, которая позволит совершить прорыв в материаловедении, химии и фармацевтической отрасли, создать точную молекулярную модель в масштабе один к одному, которая ляжет в основу новых материалов и лекарств.

Кроме этого расшифровка всех существующих кодов окажется не за горами и проблема не в том, что для защиты от этого будет использоваться квантовая криптография, а то, что сейчас закодированная информация передается с открытым ключем, но даже такая гибридная криптосистема ничего не может противопоставить квантовому дешифровщику, поэтому сейчас на серверах спецслужб и прочих заинтересованных лиц копятся гигабайты зашифрованной информации, ждущей создания квантового компьютера и тогда многие секреты уже не будут таковыми.

А что насчет системы в миллион кубит? Ее вычислительные возможности сейчас трудно даже представить. «Она будет. Через 10 лет», – дает свой прогноз Хармут Невен из Google. опубликовано econet.ru 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet