Как собрать квантовый компьютер в домашних условиях
Обновлено: 02.07.2024
16 ноября компания IBM презентовала новый квантовый компьютер с рекордным числом квантовых битов (кубитов): 127. В пресс-релизе компании заявляется, что работу этого квантового чипа невозможно смоделировать на обычном компьютере. Число битов, которые потребовалось бы для этого классической ЭВМ, превышает суммарное количество атомов во всех людях, населяющих земной шар. Чтобы это сравнение стало более наглядным, вспомним, что в одном лишь стакане воды больше атомов, чем стаканов воды в Мировом океане или галактик в видимой Вселенной.
Уже на следующий день стартап QuEra Computing Inc. объявил, что закончил работу над квантовым компьютером из 256 кубитов (научная статья об этой разработке появилась в журнале Nature еще в июле). Специалисты QuEra планируют в течение двух лет довести число кубитов до тысячи, а в перспективе — до сотен тысяч, и все это без особых изменений в архитектуре. Стартап привлек $17 млн инвестиций от компаний Rakuten, Day One Ventures, Frontiers Capital, а также частных инвесторов — основателя Acronis Сергея Белоусова и бывшего топ-менеджера Microsoft Пола Марица.
Сотрудники QuEra эффектно продемонстрировали работу своего компьютера. Они заставили кубиты, выстроенные в виде прямоугольника, воспроизводить анимацию с Марио — легендарным персонажем компьютерных игр. Но, конечно, квантовые компьютеры — это не игрушка, а вычислительная техника завтрашнего дня. Или нет?
Призрак превосходства
Современная экономика немыслима без мощных компьютеров. При этом даже лучшие из них зачастую пасуют перед задачами, которые ставит жизнь. Выходом могут стать квантовые компьютеры, которые потенциально гораздо мощнее обычных. Это их свойство — пока существующее скорее в перспективе, чем на практике — называют квантовым превосходством (quantum supremacy) или квантовым преимуществом (quantum advantage).
Дело в том, что квантовые компьютеры иначе хранят и обрабатывают информацию. Классический компьютер имеет дело с битами. Бит имеет только два возможных состояния: 0 и 1, и переходит из одного в другое скачком. Бит похож на рубильник, который либо включен, либо выключен, и третьего не дано. Квантовый бит (кубит) может находиться в любом из бесконечного множества промежуточных состояний и плавно переключаться между ними. Это позволяет ему хранить куда больше информации, чем бит. Если сильно упрощать, то можно представить кубит стаканом, в котором может быть любой уровень воды между «пуст» и «полон».
Идея квантовых вычислений была высказана еще в 1980-х. Однако настоящий интерес к ней возник в 1990-е, когда выяснилось, что квантовый компьютер мог бы взламывать самые надежные шифры. Речь идет о RSA-шифровании, которое широко используется для обмена финансовыми и другими конфиденциальными данными. Этот алгоритм основан на том факте, что два больших числа легко перемножить, но крайне трудно разложить произведение обратно на множители. Однако в 1994 году математик Питер Шор показал, что квантовый компьютер (тогда существовавший лишь на бумаге) справляется с такой задачей гораздо быстрее, чем классический. Тот, кто пренебрегает возможностями квантовых вычислений, рискует однажды обнаружить, что все его счета взломаны.
Однако до момента, когда банкам потребуется защита от квантовых взломщиков, еще далеко. Квантовый компьютер, который мог бы соперничать в производительности с обычным ноутбуком, должен иметь, по разным оценкам, от тысяч до миллионов кубитов.
Правда, уже сейчас раздаются заявления о достижении пресловутого квантового превосходства. Первой отметилась корпорация Google, заявившая в 2019 году, что ее 53-кубитное детище Sycamore за 200 секунд решило задачу, на которую у крупнейшего современного суперкомпьютера Summit ушло бы десять тысячелетий. Правда, конкуренты из IBM усомнились в этих цифрах. В 2020 году о достижении квантового преимущества сообщили китайские ученые. Однако, в обоих случаях имело место некоторое лукавство. Классическому компьютеру предлагали соревноваться с квантовым в моделировании квантовых явлений. Поскольку в квантовые машины эти явления встроены на уровне «железа», это было похоже на состязание в плавании между человеком и дельфином. Разумеется, в своей стихии дельфин победит даже олимпийского чемпиона. Но настоящее квантовое превосходство заключалось бы в безоговорочной победе во всех дисциплинах, включая бег и метание молота.
Новые принципы
Почему так трудно создавать квантовые компьютеры с большим числом кубитов? Дело в том, что с точки зрения физики кубит представляет собой объект, живущий по законам квантовой механики. Это может быть, например, отдельный атом, ион или микроскопическое кольцо из сверхпроводника. Такие объекты необычайно хрупки и уязвимы. Малейшее внешнее воздействие разрушает квантовое состояние, в котором находится кубит. Поэтому кубиты требуют изоляции от внешнего мира, вакуума и охлаждения почти до абсолютного нуля, и все равно в их работе то и дело возникают ошибки. Собрать тысячи и тем более миллионы таких капризных элементов в управляемую и отказоустойчивую систему — та еще задача. Некоторые физики (правда, они в меньшинстве) полагают даже, что она никогда не будет решена.
Но, пока глаза скептиков боятся, руки и головы энтузиастов делают. Вот и специалисты QuEra отвергли обычные реализации кубитов (ионы и сверхпроводящие контуры) и опробовали новую (электрически нейтральные атомы).
Всего в нескольких миллиметрах от стенок камеры, имеющих комнатную температуру, сотни атомов зафиксированы в вакууме и охлаждены до температуры, лишь на миллионную долю градуса превосходящей абсолютный нуль (около −273 °C). Эти атомы буквально подвешены в перекрестье лазерных лучей. Лазеры не только удерживают атомы-кубиты от контакта с внешним миром, но и управляют их работой. Когда электрон в атоме поглощает фотон, он приобретает дополнительную энергию и переходит на следующую орбиту, дальше от ядра. В результате атом, так сказать, раздувается. Но только в том случае, если ему не мешает другой раздувшийся атом, находящийся впритык к первому. Так кубиты взаимодействуют между собой.
Эта реализация кубитов лучше альтернатив по нескольким причинам. Например, в отличие от ионов, атомы не отталкиваются друг от друга электрическими силами, поэтому сотни кубитов можно разместить на площадке в доли квадратного миллиметра. Но это решение требует сопутствующих технологий, появившихся только в последние годы.
Специалисты QuEra рассчитывают, что они создали практически полезное устройство, а не просто прототип. Так, новый компьютер может стать подспорьем для физиков в моделировании квантовых систем (как отмечалось выше, этот «навык» квантовые компьютеры уже продемонстрировали). Другое возможное поле для деятельности — квантовая оптимизация. Так называется решение обычных задач оптимизации (например, финансовых и логистических) с помощью математических подходов, позаимствованных из квантовой физики. Квантовый компьютер, воплощающий эту математику «в железе», в принципе может хорошо справляться с этими задачами даже при малом числе кубитов. Но так ли это на самом деле, покажет только практика.
Квантовый шум
Индустрия квантовых вычислений находится в странной промежуточной зоне. На бумаге теоретики смело оперируют миллионами кубитов, разрабатывая вычислительные схемы послезавтрашнего дня. Практики же, которым приходится воплощать эти идеи в реальность, едва освоили производство устройств с сотнями кубитов. Эксперты называют нынешний технологический этап эпохой шумных квантовых процессоров среднего масштаба (Noisy Intermediate-Scale Quantum, или NISQ). Средний масштаб — это десятки или сотни кубитов. Слово «шумный» отражает тот факт, что системы все еще работают неустойчиво из-за внешних помех, переключающих кубиты когда и как вздумается.
Как извлечь максимальную пользу из NISQ-устройств — тема обширных дискуссий. Работа таких систем еще далека от надежности. Неудобств добавляет то, что проанализировать ее с помощью классических компьютеров уже трудно (вспомним пример с числом атомов в семи миллиардах человек). С другой стороны, эти машины, кажется, уже умеют кое-что недоступное классическим компьютерам. Игнорировать эти возможности было бы расточительно.
Подходить к решению этой проблемы можно по-разному. Например, специалисты Google делают ставку на симбиоз квантовых и классических компьютеров. Квантовый компьютер выдает результат, загрязненный помехами и вычислительными ошибками. По сути, отмечают эксперты компании, перед нами классическая задача отделить полезный сигнал от случайного шума. А в ее решении вполне преуспели привычные компьютеры, и особенно искусственные нейронные сети. В 2020 году Google презентовала библиотеку программ TensorFlow Quantum для интеграции квантовых компьютеров с классическими. В числе прочего этот инструмент позволяет использовать искусственный интеллект для «подчистки» результатов работы квантового компьютера. Библиотека распространяется свободно и имеет открытый исходный код. Кроме того, она интегрирована с платформой Cirq, также разработанной Google и предназначенной для программирования квантовых компьютеров.
Впрочем, поток многообещающих новостей не должен затмевать простого факта: квантовые компьютеры пока не сделали ничего практически полезного. Может быть, они войдут в нашу жизнь через считанные годы или хотя бы десятилетия. А быть может, этот «квантовый шум» так и не принесет плодов в обозримом будущем.
Идея квантовых вычислений состоит в том, что квантовая система из L двухуровневых квантовых элементов (квантовых битов, кубитов) имеет 2L линейно независимых состояний, а значит, вследствие принципа квантовой суперпозиции, пространством состояний такого квантового регистра является 2L-мерное гильбертово пространство. Операция в квантовых вычислениях соответствует повороту вектора состояния регистра в этом пространстве. Таким образом, квантовое вычислительное устройство размером L кубит фактически задействует одновременно 2L классических состояний.
Физическими системами, реализующими кубиты, могут быть любые объекты, имеющие два квантовых состояния: поляризационные состояния фотонов, электронные состояния изолированных атомов или ионов, спиновые состояния ядер атомов, и т. д.
В данном случае, при измерении мы получили 0 с 64 % вероятностью.
В результате измерения кубит переходит в новое квантовое состояние, то есть, при следующем измерении этого кубита мы получим 0 со стопроцентной вероятностью (предполагается, что по умолчанию унитарная операция тождественна; в реальных системах это не всегда так) .
Приведем для объяснения два примера из квантовой механики: 1) фотон находится в состоянии суперпозиции двух поляризаций. Это состояние есть вектор в двумерной плоскости, систему координат в которой можно представлять как две перпендикулярные оси, так что и есть проекции на эти оси; измерение раз и навсегда коллапсирует состояние фотона в одно из состояний или, причем вероятность коллапса равна квадрату соответствующей проекции. Полная вероятность получается по теореме Пифагора.
Если мы измерим только первый кубит квантовой системы, находящейся в состоянии, у нас получится:
С вероятностью первый кубит перейдет в состояние а второй — в состояние, а
С вероятностью первый кубит перейдет в состояние а второй — в состояние .
В первом случае измерение даст состояние, во втором — состояние
Мы снова видим, что результат такого измерения невозможно записать как вектор в гильбертовом пространстве состояний. Такое состояние, в котором участвует наше незнание о том, какой же результат получится на первом кубите, называют смешанным состоянием. В нашем случае такое смешанное состояние называют проекцией исходного состояния на второй кубит, и записывают в виде матрицы плотности вида где матрица плотности состояния определяется как .
В общем случае системы из L кубитов, у неё 2L классических состояний (00000…(L-нулей) , …00001(L-цифр) , … , 11111…(L-единиц)) , каждое из которых может быть измерено с вероятностями 0—100 %.
Таким образом, одна операция над группой кубитов затрагивает все значения, которые она может принимать, в отличие от классического бита. Это и обеспечивает беспрецедентный параллелизм вычислений.
Международная команда ученых представила для научного сообщества всего мира первую детальную документацию по созданию квантового компьютера, более мощного, чем любой из тех, что были построены до сих пор.
Читайте «Хайтек» в
Такой компьютер будет обладать потенциалом решать самые сложные научные задачи, создавать новые медицинские препараты, открывать загадки далекого космоса, делать то, на что обычным компьютерам потребовались бы миллиарды лет вычислений.
Раньше для соединения отдельных компьютерный модулей использовалось оптоволокно. В данном случае ученые применили другой подход — электрические поля, которые позволяют заряженным атомам перемещаться от одного модуля к другому. Такое решение позволяет увеличить скорость соединения в 100 тысяч раз по сравнению с самой современной оптоволоконной технологией.
Физики случайно удешевили процесс производства графена
«Многие годы люди говорили, что совершенно невозможно построить настоящий квантовый компьютер, — говорит профессор Винфрид Хенсингер, руководитель исследования. — Своей работой мы не только показали, что это возможно, но и предложили детальный план сборки настоящей полномасштабной машины».
Следующим для команды ученых шагом станет создание в Университет Суссекса прототипа квантового компьютера, основанного на собственной схеме. Его размер будет внушительным — машина займет все внутреннее пространство большого здания, учитывая сложные аппараты по поддержанию вакуума с интегрированными кремниевыми микрочипами, удерживающие отдельные заряженные ионы при помощи электрических полей.
Ученые нашли доказательства того, что Вселенная — это голограмма
Об успешном испытании квантовых спутников, выведенных на орбиту в августе прошлого года, сообщила в Академия наук КНР в январе. Их производительность оказалась намного лучше ожидаемой, поэтому ученые успеют провести еще несколько дополнительных тестов.
Все мы слышали о таком чуде и даже не догадываемся, что уже идут разработки, созданы аналоги подобной технологии и даже происходит определенная конкуренция в этой необычной сфере. Навеяла эту мысль на меня работа Сета Ллойда, хотя после ознакомления с его работой "Программируя Вселенную", автор сего труда так и не показал подходов к созданию этой чудо - технологии.
Мы не будем создавать коллайдер, как это делают в г. Церн, Швейцария, а также не будем паять микросхемы по аналогии обычных аналоговых компьютеров, мы пойдем другим путем. Каким?
Пойдем по аналоги ТЕУРГИИ - Теос - Бог - Ургия - творение, мы будем создавать персональный квантовый компьютер для обычных бытовых человеческих нужд. И для совершенно нового позиционирования себя в ИГРЕ БОГОВ Матрицы иллюзии Земли - 3.
Какие же существуют подходы к подобному творению, и варианты подгонки под себя своего личностного квантового компьютера?
Первый подход - в человеках, а их 144 млн. находящихся в игровом поле Земли - 3, инкапсулирован Биоквантовый компьютер "АДАМ. Именно с помощью АДАМА вы в состоянии создать для себя его "клон", формат которого будет повторять основные базовые характеристика Биоквантового компьютера. Для этого надо знать и представлять, что или КТО ЕСТЬ АДАМ. (см. соответствующую статью на моем канале Дзен). Далее, можно войти в Медитацию и пообщаться с вашим Высшим Я ( см. соответствующую статью на моем канале) с тем, чтобы получить "добро" на создание вашего персонального квантового компьютера. Если таковое будет получено от вашего Высшего Я, тогда можно приступать к определенного рода операциям по клонированию Биоквантового Компьютера АДАМ, находящегося в нейронных структурах вашего физического мозга, в формате точки фокального - творящего Света.
Базовое свойство квантового компьютера - это создавать реальности в матрице иллюзии Земли - 3, а равным образом и все варианты миров, а также материальные версий вашей биоформы, в этих искусственных мирах. Формально получается, что мы в состоянии создавать свою собственную ИГРУ БОГОВ, в рамках уже существующей версии - Внешней модели ИГРЫ.
Для того, чтобы создать клон Биоквантового Компьютера АДАМ - человек должен обладать определенными знаниями об АДАМЕ. И это у меня описано в статье - Луна - 3. Читайте внимательно, там описан внешний вид АДАМА! Далее, включайте свою фантазию и воображение ибо только с помощью двух этих инструментов вы в состоянии воздействовать на Матрицу Иллюзии. Действия физические ничего не приносят в ИГРЕ БОГОВ - они производные от сценария ИГРЫ и не генерируются игрой - это побочный продукт мыследеятельности. Главное - ВООБРАЖЕНИЕ и ВИЗУАЛИЗАЦИЯ!
Итак, допустим, что вам удалось клонировать формокопию АДАМА и перевести ее в астро - ментальный или эфирный план. Уже дал подсказку и в этом направлении. Далее, надо ее формализовать в определенную материальную форму. Это - вторая подсказка.Лучше всего к этому подходит среда КРИСТАЛЛОВ. Это - третья подсказка. Особенно в среду силиконовых составляющих КВАРЦА, желательно больших кристаллов. А далее с помощью определенной технологии происходит перевод формокопии АДАМА в кристалл и ее активация, в определенном алгоритме. Это - четвертая подсказка.
Получается, что в КРИСТАЛЛЕ будет материальная форма клона АДАМА - вашего персонального квантового компьютера. Я сознательно не привожу конкретную методику технологии клонирования АДАМА и формализации его в Кристалле. Это будет доступно моим соратникам,, которые уже обрели Доспехи Божества от Сатурна - 2. Для них и будет создан специальный курс для работы в этом направлении.
Второй подход к обретению технологии - для тех, кто имеет Доспехи Божества. Создание персонального квантового компьютера - фактически происходит на основе участия ваших Доспехов - Искусственного Интеллекта Доспехов от Сатурна - 2, вашего АДАМА и вашей биоформы. Т.е. ваше тело - биоформа, при активации работы Доспехов на полную мощность, активации Оператора сознания от АДАМА на уровне подсознания вашего физического мозга и перестройки вашей ДНК под эти цели - что возможно результируется в усложненной форме - в БИОКВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР, на основе триединого симбеоза.
Третий подход - триединый симбеоз можно "переносить". в формате "информационной копии", в любой технический предмет, связанный с генерацией полей - на примере любого генератора торроидных полей.
Четвертый подход - сфера вашего персонального воображения или визуализации в качестве ИГРОКА в Залах ИГРЫ БОГОВ. Для этого вы должны стать одни из ИГРОКОВ в залах - городах ИГРЫ БОГОВ - От Славянского Пантеона - ассоциироваться с ним ментально, визуально и с помощью его "божественного ума и зрения" - скопировать ИГРОВОЙ Сервер - терминал ИГРЫ, который находится в этих Подземных залах ИГРЫ Богов. Вы должны скопировать эту технологию в формат - астро - ментальной копии умозрительной.Это похоже на копирование файла в обычном вашем земном комьютере, которым пользуетесь каждый день. Далее, эту копию можно по аналогии перенести в любой предмет - но лучше в КРИСТАЛЛ.
Мы, как человеки, не знаем внутренностей квантового компьютера - его реальную интегральную схему и принцип работы. Но мы в состоянии - в ИГРЕ БОГОВ - ПРЕДСТАВЛЯТЬ ее умозрительную форму - структуру и. КОПИРОВАТЬ ЕЕ В ФОРМАТЕ ЭФИРНОЙ КОПИИ.
Свойство данной технологии - квантового компьютера - быть проявленной в любой точке ПРОСТРАНСТВА - ВРЕМЕНИ ИГРОВОЙ ПЛОЩАДКИ ЗЕМЛИ -3, поскольку ваш персональный квантовый компьютер АССОЦИИРУЕТСЯ САМ ПО СЕБЕ - своей структурой и творческими векторами позиционирования - с творческой линией Базового Биоквантового компьютера АДАМ, который существует везде, вернее мы существуем в его структуре.
Персональный квантовый компьютер, существуя в формате эфирной копии, работает также, как и его оматериализованные аналоги - Сервера Луны - 3, Луны -2, и Луны -1, а также в формате ИГРОВОГО ТЕРМИНАЛА в подземных городах во Втором мировом океане Земли - 3.
Вот поэтому ЕГО и можно копировать через "зрение" ОПЕРАТОРА ИГРЫ - ИГРОВОГО ТЕРМИНАЛА, поскольку он также является сервером Луны -3 или Биоквантовым компьютером АДАМОМ. Надеюсь понятно, о чем я говорю, человекам, которые будут заинтересованы в обретении подобной технологии.
На что способен ваш персональный квантовый компьютер?
Таковыми располагают БОГИ, задействованные в ИГРЕ БОГОВ на Земле - 3, пришедшие в Игру из других армиллярных сфер Мидгарда. Возможности персонального квантового компьютера - НЕОГРАНИЧЕНЫ. Если мы поймем значение этого слова, то становится понятным, что нам все под СИЛУ И НАШЕМУ ВООБРАЖЕНИЮ, поскольку эта технология моментально воспроизводит наши желания, позиционирования, достижения - варианты творчества по направлениям, на что способна наша ключевая личность Души.
Возможно, что несведущему человеку покажется статья автора - как фантастика, возможно что так, я не отрицаю, просто я понял, прочитав книгу Сета Ллойда, что даже обычный человек может создать это БОЖЕСТВЕННОЕ НЕЧТО для своих персональных нужд.
Почему за квантовым компьютером будущее?
Зачем вести разработки по созданию квантовых компьютеров? Чем нас не устраивают нынешние, которые постоянно прогрессируют в своей мощности? Теоретически квантовые компьютеры способны быстро решать задачи, на которые даже у суперкомпьютеров уйдут тысячелетия.
— Но есть нюанс. Пока квантовый компьютер дает выгоду только для определенного круга задач. Сейчас они и строятся под такие задачи. Поиск дающих выгоду квантовых алгоритмов — это сама по себе отдельная дисциплина, — рассказывает Дмитрий Могилевцев. — Бум квантовых компьютеров начался с того, что американец Питер Шор предложил с их помощью решать очень важную с практической точки зрения задачу факторизации. Она имеет огромное значение в криптографии.
Перемножить целые числа — это просто, а вот узнать, на какие простые множители разлагается число — крайне трудная задача для классического компьютера. 15 факторизуется на простые числа 3 и 5. Но что если число очень большое и состоит из тысяч цифр?
В теории на классическом компьютере такую задачу разрешить можно, однако на практике это потребует много времени. Увеличивается число — временны́е затраты возрастают по экспоненте и быстро выходят на времена, сравнимые с возрастом Вселенной. А алгоритм Шора, используя возможности квантовых компьютеров, способен произвести факторизацию за время, не намного превосходящее время умножения целых чисел.
Например, современный суперкомпьютер, позволяющий делать более десяти в пятнадцатой степени операций в секунду, разложил бы число с пятьюстами знаками за 5 млрд лет. Квантовый компьютер со скоростью всего миллион операций в секунду решил бы ту же задачу за 18 секунд.
Так как факторизация лежит в основе всей современной криптографии, изобретение эффективных квантовых компьютеров поставит под угрозу большинство активно используемых ныне методов шифрования данных. Ведь вся информация, которая нынче передается через сеть, подвергается шифрованию — банковские транзакции, секретная переписка в соцсетях и прочее. Квантовый компьютер сможет подобрать код для расшифровки этих данных в мгновение ока. И тогда не останется ничего тайного.
— Правда, надолго ли — это еще вопрос. Уже сейчас ведутся работы над постквантовым шифрованием, устойчивым к подобному взлому. Хотя эффективность таких систем криптографии пока еще много хуже традиционных.
А еще квантовые компьютеры могут быть очень полезными для моделирования динамики сложных квантовых систем. Именно в этом еще в начале 80-х годов прошлого века видел их выгоду знаменитый физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман. Кстати, сама идея квантовых вычислений предложена известным советским математиком Юрием Маниным в 1980 году.
Что же такое квантовый компьютер?
Это компьютер, использующий вместо классических битов (бинарных переменных, единичек и нулей) кубиты — состояния квантовой системы с двумя уровнями. В отличие от битов, кубиты могут находиться в состоянии 0, 1 и в суперпозиции 0 и 1.
— Помните мысленный эксперимент с котом Шредингера? Пока мы не откроем коробку, кот в ней и «жив», и «мертв» одновременно. Состояние кота в коробке и называется суперпозицией.
Суперпозиция позволяет квантовым компьютерам делать параллельные, а не последовательные вычисления, что на порядок ускоряет работу в определенных алгоритмах. И чем больше в нашем процессоре связанных кубитов, тем больше информационное преимущество квантового компьютера над классическим, тем он потенциально мощнее и быстрее.
— В отличие от классических компьютерных битов и транзисторов, кубиты для своего физического воплощения требуют, как правило, отдельных квантовых систем с дискретными энергетическими уровнями и единичных квантов возбуждений.
Кубиты можно реализовать, например, с охлажденными атомами в ловушках, дефектами в нанокристаллах алмаза или сверхпроводящими контурами. Последние на современном этапе считаются самыми перспективными для построения квантовых компьютеров, поскольку сверхпроводящий контур-кубит, по сути, — объект почти макроскопический, размером в микрометры, доступный для манипуляций и массового изготовления.
Сверхпроводящие кубиты можно создавать на основе существующих методов литографии и помещать на чипы, не боясь, что они куда-нибудь сбегут как атомы. Так, в 2015 году Министерство образования и науки РФ сообщало о создании кубитов из четырех джозефсоновских контактов на «петле» размером в один микрон: «Контакты состоят из алюминиевых полосок, разделенных слоем диэлектрика (оксида алюминия) толщиной около 2 нанометров». Для печати кубита использовалась технология электронной и фотолитографии. Процесс этот весьма увлекательный и подробно расписан создателями в их блоге.
Существуют ли настоящие квантовые компьютеры?
Правда, на стол в каждой отдельной семье квантовый компьютер поставить трудно — это ящик трехметровой высоты стоимостью $15 млн, внутри которого холоднее, чем в открытом космосе, нагретом реликтовым излучением до 2,725 Кельвина или -270,425 градусов по Цельсию. [Компьютер D-Wave работает при температуре -273 градуса по Цельсию, тогда как на орбите Земли средняя температура абсолютно черного тела составит +4 градуса — прим. Onliner.by]. И даже если оставить сомнения в истинной квантовости компьютера «Ди-вэйв», выгода от него — лишь для отдельных специализированных задач.
В некоторых случаях речь идет о задачах по оптимизации функции затрат по принципу квантового отжига. Например, компании Google это позволило в одном из таких алгоритмов добиться в 100 млн раз большего быстродействия по сравнению с обычным компьютером.
А летом прошлого года группа физиков под руководством профессора Гарварда и сооснователя Российского квантового центра Михаила Лукина смогла создать 51-кубитный квантовый компьютер для моделирования квантовых систем, то есть квантовый симулятор. «Наш симулятор обладает достаточно хорошей когерентностью и довольно большим количеством кубитов, но все это есть и у других систем. Что важно — нам удалось сделать систему с высокой степенью программируемости», — говорил Михаил Лукин в интервью РБК. Квантовый симулятор, по мнению американского ученого Кристофера Монро, это то, что можно запрограммировать под выполнение лишь определенного вида задач и со временем превратить в универсальный квантовый компьютер, когда станет возможно программировать симулятор произвольным образом. Михаил Лукин отмечает, что на данном этапе исследований грань между компьютером и симулятором очень размыта.
Компания Intel в октябре прошлого года объявила о выпуске экспериментального 17-кубитного квантового процессора. Разработчики утверждают, что применили новую архитектуру, которая позволила повысить надежность, улучшить температурные характеристики и изоляцию от помех из-за совместной работы кубитов.
Работы ведутся. Как в середине прошлого века ученые предполагали, что на весь мир хватит и пяти компьютеров, так в нынешнем столетии хочется надеяться, что и задач для квантовых компьютеров станет больше, и для их производства найдутся эффективные и масштабируемые технологии. Пока же есть загвоздки.
Что останавливает торжество квантовых компьютеров?
— Конечно, было бы здорово, если бы удалось сделать компактный и дешевый универсальный квантовый процессор, для всякой задачи работающий не хуже классического и пригодный для помещения в смартфон. Но, увы, пока технологические затруднения слишком велики. Квантовость хрупка. Окружающий мир постоянно толкает наше квантовое состояние, и оно размывается.
Представьте, что вы пытаетесь удержать неподвижным маленький шарик в широкой миске, в то время как вас и миску в ваших руках постоянно и быстро толкают в разные стороны. Шарик остается в миске, расстояние от него до ваших глаз более-менее постоянно, но его положение все время меняется, он дрожит и в ваших глазах превращается в расплывчатое пятно.
На научном языке это называется «декогеренцией». Для большого числа кубитов подобный фазовый шум — настоящее бедствие, способное быстро убить все то, что дает преимущество квантовому компьютеру. Он загоняет квантовое состояние в классическое, губит суперпозицию. Нужно изолироваться, не дать окружающему миру толкать наши кубиты. Один из выходов — попросту заморозить окружающее до суперкосмического холода, как в «Ди-вэйв». Оттого и трехметровые габариты, и высокая цена — хотя сам процессор величиной с ноготь.
Но сейчас интенсивно разрабатываются и другие платформы для квантового процессора, например дефекты в нанокристаллах алмаза, которые способны сохранять когерентность при комнатной температуре.
В последние годы в гонку ввязались мировые технологические гиганты, а потому можно ожидать, что в ближайшие десятилетия мы увидим полноценный квантовый компьютер. Если не на своем столе в гостиной, то в университетской лаборатории уж точно.
Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!
Читайте также: