Квантовое превосходство Google

Феликс Ноук

Квантовые компьютеры должны однажды обеспечить огромную вычислительную мощность. Теперь Google сообщает о прорыве: квантовом превосходстве. Но Томмазо Каларко из Forschungszentrum Jülich снижает шумиху.

Томмазо Каларко является директором Института квантового управления в Институте Петера Грюнберга в Forschungszentrum Jülich с 2018 года. Его специальность — точное управление квантовыми состояниями, поскольку они генерируются в квантовых компьютерах. Расчеты его исследовательской группы позволили запутать 20 кубитов, чтобы сформировать крупнейшего на сегодняшний день кота Шредингера, который, однако, просуществовал менее миллионной доли секунды.

Google добилась так называемого квантового превосходства с квантовым компьютером . Что это значит?

Впервые квантовый компьютер рассчитал то , что уже не может рассчитать ни один классический компьютер . Это показало, что мы можем создавать машины, полностью превосходящие возможности классических суперкомпьютеров.

Как что-то подобное доказывается?

Квантовый компьютер решает математическую задачу. Затем вы пытаетесь пересчитать тот же результат на суперкомпьютере. С несколькими кубитами — аналогом бита в квантовом компьютере — это все еще работает. Но когда проблема становится больше, суперкомпьютер уже не справляется. К сожалению, в данном случае это была совершенно заумная математическая задача, не имеющая практического применения. Она была разработана именно для того, чтобы показать, что квантовая машина может делать то, чего не может обычный компьютер. Этого уже не понимают даже многие специалисты. Но это именно то, что я нахожу захватывающим: это результат фундаментальных исследований.

Всего несколько лет назад казалось невозможным, что мы так быстро доберемся до этой точки. Это действительно большой научный результат. Google произвел шедевр.

IBM опубликовала статью, согласно которой проблема Google, вероятно, может быть смоделирована на классическом суперкомпьютере, но это только теоретические соображения, которые не меняют ничего фундаментального в заявлении, изложенном в документе Google. Моделирование IBM потребовало бы чрезвычайно большого объема дискового пространства, нескольких десятков петабайт. И все же он будет в сотни раз медленнее и менее энергоэффективен, чем квантовый компьютер Google. И если бы ему пришлось вычислять еще несколько кубитов, то сравнение все равно уже не работало бы. Это все интересно, но только в рамках научной дискуссии.

Означает ли это, что шифрование стало бесполезным? Скоро ли нами будут править мощные компьютеры?

Нет, нам нечего бояться — и нечего праздновать вне науки. Этот мощный компьютер практически бесполезен и представляет интерес только для ученых. Вы не сможете взламывать коды или решать другие полезные задачи с его помощью. Для этого потребуются квантовые компьютеры с несколькими тысячами, если не сотнями тысяч кубитов. Но у машины Google их всего 53. Это невероятно красивый инженерный подвиг. Но все же слишком мало для практического применения.

Проблема в масштабируемости. Только когда у нас будет достаточное количество кубитов достаточно хорошего качества, мы сможем проводить действительно полезные вычисления. Таким образом, следующая веха — это вечно живущий кубит. Это означает, что из некоторого количества несовершенных кубитов генерируется несколько кубитов любой точности. Затем следует комбинация как можно большего количества таких кубитов с исправлением ошибок. И как только у нас их будет пятьдесят, сто, несколько сотен, мы в деле. Тогда мы сможем выполнить первые полезные материаловедческие и квантово-химические расчеты.

Мы ожидаем, что первые кубиты с исправлением ошибок появятся в ближайшие несколько лет. Эксперименты уже идут. Их комбинация должна работать от десяти до - что было бы более реалистично - 20 лет. Если нам не удастся сделать это к тому времени, это будет признаком того, что у нас нет того, что нужно.

Значит, нет никакой уверенности в том, что квантовые компьютеры когда-нибудь покинут лабораторию? Что тогда останется от квантового сна?

Квантовая мечта касается не только квантовых вычислений. Это также включает в себя квантовую связь, квантовое моделирование, не требующее исправления ошибок, и очень важное: квантовые датчики. Это позволяет проводить сверхточные измерения в медицинской диагностике и сверхточные измерения времени для навигации. Такие вопросы отодвигаются на второй план в дискурсе, который формируют Google и другие компании. Но они могут внести важный вклад в жизнь общества.

Во-первых: национальные квантовые стратегии США, Японии и Великобритании также опираются на все эти компоненты. Во-вторых, в Европе мы сильны не только в квантовом моделировании и квантовых сенсорах, но и в квантовых вычислениях. Мы не используем сверхпроводящие кубиты, как Google или IBM, но уже работаем, например, с ионными кубитами. Европа далеко впереди.