Квантовый пшик: станет ли новый компьютер IBM прорывом
Российские специалисты уверены, что демонстрация первого квантового компьютера в Лас-Вегасе на выставке CES — важный шаг для индустрии, но не свидетельствует о революции в области квантовых вычислений. Главная причина предъявления новой технологии, которая, по данным IBM, уже законченный коммерческий продукт, — желание менеджеров компании закрепить за собой право называться первопроходцами в этой области. По сути, на выставке представлена только декларация возможности использования квантового компьютера, а не он сам. В России разработки в этой области ведет несколько научных групп. В том числе планируется создать микрочип, который позволит проводить сверхбыстрые расчеты.
Квантовое превосходство
Держава, создавшая первый работающий квантовый компьютер, обеспечит себе приоритет во многих областях. Квантовые компьютеры будут в миллионы раз мощнее нынешних для определенных типов задач. Они станут выдавать ответы на вопросы, которые потребовали бы тысячи лет вычислений для обычного компьютера. У людей появится возможность диагностировать рак на более ранних стадиях, делать более сложные автопилоты, моделировать молекулы ДНК, искать новые лекарства, создать совершенный искусственный интеллект, а также взломать любой код. Считается, что создание такого компьютера будет настоящим прорывом, возможно, главным в истории человечества.
В Лас-Вегасе было продемонстрировано устройство, похожее на сложно устроенную люстру, установленное в трехметровом стеклянном кубе на фоне стены с логотипами IBM. Это вставка в криостат, не привезенный на выставку. На конце этой «люстры» маленькая квантовая ячейка (квантовый процессор). Понятно, что вставка, не присоединенная к криостату и при отсутствии соединений с персональными компьютерами, никак работать не может. Эта конструкция является лишь символом квантового компьютера, а не им самим.
Менеджеры компании IBM представляют возможность коммерческого использования квантового компьютера. Но пока он является по сути установкой megascience (такой как ускоритель, телескоп), доступ к которой может быть получен любым «покупателем» сверхбыстрых квантовых вычислений. Эту услугу в IBM предоставляли и раньше. На их сайте можно было произвести вычисления с помощью 5-, а потом 16-кубитного квантового компьютера.
Теперь можно будет получить такую услугу, оплатив доступ к 20-кубитному устройству. Но реальных задач этот компьютер решить пока не может, сервисом пользуются исключительно из научного интереса.
Тем не менее руководитель лаборатории квантовой информатики университета ИТМО Артур Глейм считает презентацию первого квантового коммерческого компьютера знаковым событием для индустрии.
— Это говорит о том, что коммерческие производители вычислительной техники в технологию поверили, а теперь ведут борьбу за рынок и практическую реализацию. И это знаково, так как мы дождались момента, когда технология перемещается из научных лабораторий в промышленность, а люди бизнеса вкладывают в нее огромные ресурсы, — полагает он.
Свой компьютер представители IBM называют «первой в мире интегрированной универсальной квантовой вычислительной системой, разработанной для научного и коммерческого применения». Квантовые машины в отличие от классических оперируют не битами, а кубитами, что позволяет достичь беспрецедентной производительности.
Компьютер IBM использует кубиты, которые «работают» на сверхпроводниках. Они требуют охлаждения до очень низких температур — для этого нужен большой (размером с комнату) криостат, который никак нельзя было привезти на выставку. Кроме того, к квантовому процессору должны быть присоединены персональные компьютеры. Сам по себе — без внешней управляющей периферии, построенной на классических машинах, — квантовый процессор работать не может. Кроме всего этого, квантовые состояния, в которых находятся кубиты, требуют особо бережного отношения и сильно зависимы от помех.
Неигровая приставка
Тем не менее многие специалисты считают, что через несколько лет квантовый процессор может стать «приставкой» (сопроцессором) для более быстрых вычислений к обычным компьютерам.
— Сейчас существует около 10 физических моделей, на основе которых разные лаборатории всего мира пытаются создать работающие кубиты, — объясняет научный руководитель Центра квантовых технологий физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Сергей Кулик. — Представленный IBM образец работает на сверхпроводниках. Подобные кубиты создают в НИТУ «МИСиС». А вот мы в МГУ ведем работу с кубитами на основе нейтральных атомов и фотонных чипов. Они не требуют охлаждения. В нашем случае коммерческий продукт будет представлять собой или сравнительно небольшую «приставку» или микрочип. Поэтому вполне возможно, что в течение десятилетия мы увидим очень значительно уменьшенную версию представленного первого образца квантового компьютера.
Что касается революции в области квантовых вычислений, о которой многие стали говорить в связи с демонстрацией первого работающего коммерческого образца, все эксперты сходятся во мнении о ее отсутствии.
По словам директора по исследовательским проектам НИУ ВШЭ Сергея Гарбука, говорить о прорыве можно тогда, когда будет доказано так называемое квантовое превосходство, то есть решена вычислительная задача, которая принципиально не может быть решена с помощью классических компьютеров.
— Представленный 20-кубитный компьютер не обеспечивает квантового превосходства и далеко не самый передовой на сегодняшний день. Еще в ноябре 2017 года было объявлено о создании учеными из Мэрилендского университета в Колледж-Парке 53-кубитного квантового компьютера на иттербиевых ионах, о создании 72-кубитного компьютера заявлял Google. То есть это далеко не топовое достижение, — подчеркнул Сергей Гарбук.
Кроме того, на этом компьютере невозможно пока решить ни одной прикладной задачи. С этой точки зрения, продажа коммерческого доступа к такому устройству пока выглядит весьма сомнительной.
Россия в квантовой гонке
В нашей стране квантовыми вычислениями занимаются две группы — одна из них базируется в НИТУ «МИСиС», другая — в МГУ им. М.В. Ломоносова. Российский квантовый центр и университет ИТМО занимаются только квантовой связью.
В НИТУ «МИСиС» пока преодолели проблему создания двух кубитов, работают над третьим. В МГУ есть уже 36 нейтральных атомов, а к концу года должно быть достигнуто несколько сотен атомов физических кубитов. Они относятся к логическому кубиту примерно как 1:10. То есть будет получено около 20 кубитов — это такой же результат, как и в представленном компьютере от IBM.
Что касается чипов на фотонах, пока получено порядка 10 кубитов. Они совпадают с логическими кубитами. Эти три направления развиваются в России параллельно.
Несмотря на имеющееся отставание, руководитель группы квантовых информационных технологий в Российском квантовом центре Алексей Федоров считает, что оно может быть преодолено в кратчайшие сроки. По его словам, в России имеется большой технологический задел. Однако не поставлена конкретная задача: например, создать такой компьютер и инфраструктуру, как у IBM. Если задача будет поставлена, то она будет решена за три-пять лет.
