Речь идет о целой квантовой вычислительной машине. Концерн представил ее на выставке CES 2019. Компьютер IBM Q System One включает в себя систему из 20 кубитов. К сожалению, он не продается. Для бизнес-пользователей квантовый комп будет доступен только через облачный сервис компании IBM.
Чтобы оценить масштаб проекта нужно понять, что такое кубит. Кубит еще называют состоянием суперпозиции, он родственник знакомому каждому биту. Только в отличие от «нуля и единички» представляет собой не два отдельных состояния, а две «наползающие» друг на друга половинки. Они перекрываются в разной пропорции, а количество состояний кубита бесконечно. Его можно записать как сумму состояний ноль и один с разными коэффициентами. Таким образом, что сумма квадратов модулей коэффициентов равняется единичке. Короче, проще один раз увидеть, чем сто раз объяснить.
Этот кубит разрушается под воздействием электромагнитных полей, вибраций и температурных скачков. Приходится его замораживать, экранировать, холить и лелеять. Главное - обеспечить поддержку суперпозиции как можно дольше. Так вот, время удержания квантового состояния кубита для IBM Q System One составляет 75 мкс. По сути, это единственная открытая характеристика разработки.
Развёртывание IBM Q System One началось в специально создаваемом «квантовом» центре IBM в городе Покипси в штате Нью-Йорк. В таком сложном деле без партнеров не обойтись - к сотрудничеству подключились компания ExxonMobil, ЦЕРН и Fermilab. Открытый консорциум призван решить, какие задачи сможет решать система. Да и квантовые компьютеры в целом. На наших глазах начинается квантовая эпоха. Над дизайном системы работали две компании, специализирующиеся на промышленном дизайне — это Map Project Office и Universal Design Studio. Система собрана в центре IBM в Милане из алюминиевых и стальных балок и представляет собой стеклянный куб со сторонами 2,74 м. Толщина стекла — 13 мм. «Процессорный» блок с кубитами подвешен под потолком куба и забран в зеркальный кожух, в котором поддерживается предельно низкая температура. Длина грани куба, выполненного из боросиликатного стекла, — 2,75 м, толщина — около 1,3 см. Кстати, корпус изготовила компания Goppion — итальянский производитель музейних витрин, защищающих, на минуточку, "Мону Лизу" в Лувре.
Зачем нам квант милосердия?
Как обычно, все упирается в Эйнштейна. Это он , да еще английский физик Поль Дирак во второй половине XX века создали лазер. А лазер – по сути, тот же квантовый источник сверхчистого света, собранного в узкий пучок. Время благодатное – тогда же шли активные исследования полупроводников, с помощью которых легко управлять протеканием электрического тока. На их основе сваяли первые транзисторы. А в дальнейшем они стали главными строительными элементами современной электроники. Потом последовал долгий перерыв, ведь микросхемы – те же транзисторы, только много и сразу. Следующий шаг мы делаем только сейчас. И этот шаг - квантовые компьютеры.
До квантовой в ходу была классическая теория электромагнитного излучения. В 1900 году немецкий ученый Макс Планк, который сам в кванты не верил, считал их вымышленной и чисто теоретической конструкцией, был вынужден признать, что энергия нагретого тела излучается порциями — квантами. Можно сказать, предположения теории от противного совпали с экспериментальными наблюдениями. А потом уже великий и ужасный Альберт Эйнштейн выбрал аналогичный подход при объяснении фотоэффекта: при облучении светом в металлах возникал электрический ток!
На этом «мопеде» Эйнштейна мы ехали весь XX века. Причем, чем больше становилась мощность наших систем, в том числе компьютерных, тем сильнее ее нам не хватало. Больше транзисторов, больше микросхем, дайте еще оперативной памяти, чтобы можно было запустить параллельные вычисления!
Мы в будущем!
А теперь представьте, что вы приходите домой, включаете квантовый компьютер, и он все делает параллельно. Ни один процесс не ставит в очередь. Больше не нужно перебирать все возможные варианты состояний системы - именно этим вечно занят обычный компьютер. Поиск по большим базам данных, составление оптимального маршрута или супервычисления – не проблема. Но самое замечательное, что даже для запредельных задач нам больше не нужны запредельные же вычислительные мощности и объемы оперативной памяти.
По оценкам ученых, «квантовые» вычисления эффективнее "двоичных" в 3600 раз. Теперь компьютер запросто сможет взвалить на себя работу сложного вычислительного сервера, управлять светофорами или движениями денежных средств.
Конечно, есть и обратная сторона медали. Сложные пароли, все эти пин-коды и прочие секретные циферки станут никчемным артефактов прошлого. Ученые всегда знали, что этот день наступит. Просто нам не говорили. Дело вот в чем. Еще полвека назад стало ясно, что алгоритм шифрования данных - легкая мишень для алгоритма Шора, запущенного на квантовом компьютере. Никто не волновался по этому поводу, потому как не было самих этих мудреных компьютеров.
Теперь впору вернуться к теоретическим опасениям – они становятся явными. Все дело в разложении больших чисел на простые множители (то есть делящиеся нацело только на самих себя и единицу). Так называемая «факторизация». Обычные компьютеры умеют довольно быстро перемножать числа, пусть даже и весьма большие, а вот при решении обратной задачи, буксуют. Скажем, чтобы разложить на два сомножителя число из 256 цифр, даже самому мощному компьютеру понадобится несколько десятков лет. А квантовый алгоритм «расколет» задачку за несколько минут. Спасибо алгоритму, который в 1997 году придумал английский математик Питер Шор.
А теперь представьте, что квантовое чудо от IBM, в котором прослеживается преемственность с первым коммерческим суперкомпьютером Cray-1, изначально готов к подключениям облачной системы. И что на наших изумленных глазах происходит функциональный переход от специализированных квантовых систем на чипе, используемых в экспериментальных целях, к полноценной интеграции квантовых вычислений для пользовательских систем и нужд бизнеса….
История вычислений, частной собственности и суперкомьютеров только начинается!