Помните то чувство из детства, когда зачитываешься Станиславом Лемом до дыр, а потом пытаешься нарисовать нейтронный двигатель на полях тетрадки по математике? Вот у нас так с квантовыми компьютерами вышло. Только повзрослели, денег накопили - и вдруг выясняется, что обещанную машину времени продают без батареек. А батарейки, как назло, еще не изобрели.
Мы тут порылись в своих инженерных заначках, пересобрали споры с физиками за чашкой кофе и поняли: история с квантовым компьютером - это идеальный сюжет для трагикомедии. Сейчас расскажем, почему вместо «квантового превосходства» мы получили, скажем так, «квантовое недоразумение».
Тот самый разговор у кулера
- Слышал, Google квантовое превосходство объявили? - спросил как-то Коля, отхлебывая эспрессо.
- Ага, - вздохнул я. - Только их 53-кубитный процессор решил задачу за 200 секунд. А суперкомпьютеру на это нужно было бы 10 тысяч лет.
- Ну и?
- Ну и через пару лет на классическом компьютере придумали алгоритм, который эту же задачу решает за... секунды. Так что превосходство вышло такое, знаешь... сезонное.
Вот так и живем.
Каждый раз, когда в новостях мелькает очередной «прорыв», мы вспоминаем старый анекдот про физика, который объясняет: «Сначала мы предполагаем, что корова сферическая и в вакууме. А потом оказывается, что корова - это корова».
Кубит, который не успел
Почему ваш квантовый процессор - это, по сути, хрустальный шар на микроволновке
Давайте сразу к главному.
Квантовое состояние кубита живет микросекунды.
Это как если бы вы пытались написать роман, но каждые полсекунды кто-то выдергивал лист из-под вашей руки.
И вырубали свет.
И пускали кота по клавиатуре.
Декогеренция - это не просто слово из учебника.
Это физическое явление, которое гласит: любое внешнее возмущение разрушает суперпозицию.
Космический луч пролетел мимо?
Ошибка.
Сосед чихнул в соседней комнате?
Ошибка.
Вы подумали о том, что сейчас произойдет ошибка?
Тоже ошибка.
А вы знали, что кубиты работают при температурах в десятки милликельвинов?
Это холоднее, чем в открытом космосе.
Холоднее, чем где-либо во Вселенной естественным образом.
Чтобы создать такой холод, нужны установки размером с комнату, потребляющие энергии как небольшой завод.
И даже при этом кубит живет, ну, очень недолго.
Провокационный вопрос к читателю: а вы уверены, что хотите доверить свои банковские данные системе, которая может размагнититься от мысли о ближайшей кофеварке?
Миф о миллионе кубитов
Парадокс, о котором скромно умалчивают
Вот вам интригующее обещание раскрыть секрет.
Вы слышали про квантовую коррекцию ошибок?
Так вот, чтобы получить один логический кубит, который хотя бы теоретически можно использовать для вычислений, нужно тысячи физических кубитов.
Тысячи.
На один.
А теперь посчитайте.
Если для серьезных задач нужно хотя бы 100 логических кубитов - это уже сотни тысяч физических.
Которые все должны быть соединены, охлаждены, изолированы друг от друга, но при этом запутаны.
Это как построить город, где каждый житель должен одновременно дружить со всеми остальными, но при этом не разговаривать с ними, потому что разговоры разрушают дружбу.
Смелое утверждение, ломающее шаблон: квантовый компьютер в его рекламируемом сейчас виде - это не следующий шаг эволюции вычислений.
Это, скорее, попытка построить вечный двигатель на квантовой механике.
Красиво, но законы физики - ребята упрямые.
Танцы с бубном вокруг сверхпроводников
Мы тут как-то попытались прикинуть, сколько стоит «домашний» квантовый компьютер.
Если вы думаете, что через десять лет будете носить в кармане кубитный чип, как смартфон, у нас для вас новости.
Системы охлаждения до жидкого гелия - это не компактный кулер от процессора.
Это сложнейшая инфраструктура, которая занимает отдельное помещение.
Электроника управления кубитами - это не материнская плата, а многоэтажные конструкции с коаксиальными кабелями, которые нужно экранировать от всего, включая собственный магнитное поле Земли.
Совет: если когда-нибудь вам предложат купить квантовый компьютер в форм-факторе ноутбука - бегите.
Не потому что это мошенничество (хотя и это тоже), а потому что человек, который это предлагает, либо ничего не понимает, либо пытается продать вам фэнтези-устройство.
Настоящий квантовый компьютер - это даже не «компьютер» в привычном смысле.
Это лабораторный стенд.
Который стоит миллионы.
И который решает ровно одну задачу.
И ту решает с вероятностью 70%.
«Любой, кто утверждает, что знает, как построить полезный, масштабируемый квантовый компьютер, либо заблуждается, либо вводит в заблуждение других. Мы пока даже не понимаем всех физических ограничений на пути к этой цели». Михаил Дьяконов, физик, специалист по квантовым материалам
Расскажем об этом в виде притчи
Лаборатория имени себя
Они сидели в комнате без окон.
Не потому что так было надо, а потому что окна выходили на стройку, а стройка создавала вибрации.
Вибрации разрушали кубиты.
Все разрушало кубиты.
- Шесть миллионов долларов, - сказал Петр Сергеевич, глядя на осциллограф. - Шесть миллионов, и у нас три работающих кубита. Три. И те живут четырнадцать микросекунд.
Молодой стажер Таня перестала жевать печенье.
Она здесь работала третью неделю и уже знала, что печенье крошится.
Крошки - это шум.
Шум - это ошибки.
Ошибки - это когда твой квантовый алгоритм находит, что 2+2=5, и радуется этому как открытию.
- А если мы добавим седьмой кубит? - спросил Петр Сергеевич. - Сколько еще миллионов? И сколько месяцев на перенастройку?
- Семь, - тихо сказал инженер Вадим. - Семь месяцев. И двенадцать миллионов. И нам понадобится новая криостанция. И еще три постдока, потому что старые уйдут в индустрию, пока мы тут возимся.
- А если мы просто скажем, что у нас уже семь? - предложил Петр Сергеевич. - Грантодатели любят цифры. Семь звучит лучше, чем три.
- А если они попросят повторить эксперимент?
- А мы скажем, что квантовые вычисления невоспроизводимы по определению. Это же квантовая механика, коллеги. Тут все зыбко.
Таня поперхнулась печеньем.
Ей показалось, что она только что услышала самую честную фразу в своей жизни.
В углу комнаты гудела машина, которая стоила как самолет и охлаждала микрочип до температуры, холоднее космоса.
На чипе жили три кубита.
Они были запутаны, суперпозированы и вообще - гордость науки.
Они не делали ничего полезного.
Ничего. Абсолютно. Но они были.
- Знаешь, - сказал Петр Сергеевич, глядя на пульт, - а в этом что-то есть. Мы построили машину, которая существует, но не делает. Которая есть, но ее нет. Которая стоит бешеных денег и ничего не производит. Мы построили бюрократию, Таня. Мы построили идеальный квантовый бюрократический аппарат.
- А еще, - добавил Вадим, - мы можем говорить "квантовое превосходство" с серьезным лицом. Это уже немало.
Таня решила, что когда вырастет, будет писать фантастические рассказы.
В них квантовые компьютеры будут работать, а люди - смеяться.
Это было бы настоящее превосходство.
Экономика квантовой иллюзии
Почему ваш босс не купит квантовый компьютер в отдел IT
Даже если предположить невозможное - что физики вдруг договорятся с инженерами, а кубиты перестанут разрушаться от любого взгляда, - остается экономика.
Стоимость обслуживания одного квантового центра - это не просто дорого.
Это «сколько у вас там нефтяных вышек?» дорого.
Специализированные лаборатории, физики-экспериментаторы, инженеры по сверхпроводимости, системы вакуумирования, которые нужно обслуживать круглосуточно.
Квантовый компьютер не встанет в стойку в вашем дата-центре.
Он займет отдельное здание.
С виброизоляцией.
С собственной подстанцией.
С персоналом, который имеет степени кандидатов наук.
И все это - чтобы решать задачи, которые либо не нужны вашему бизнесу, либо решаются обычным сервером за тысячу долларов.
Алгоритм Шора, который должен был взломать всю криптографию, требует миллионов кубитов.
Миллионов.
А у нас сейчас - десятки.
И эти десятки - хрупкие, капризные, как первые автомобили, которые ломались каждые десять километров.
Так что же на самом деле?
Мы не хотим сказать, что квантовые компьютеры - это полная ерунда.
Нет.
Это потрясающая физика.
Это красивая теория.
Это способ понять, как устроен мир на самом глубоком уровне.
Но квантовый компьютер в том виде, в котором его продают в новостях и инвестиционных питчах - масштабируемый, универсальный, помещающийся в стойку и решающий все задачи сразу - это, скорее всего, не случится.
Физические ограничения слишком жесткие.
Инженерные проблемы - экспоненциальные.
Экономика - убийственная.
И знаете, может, это и к лучшему?
Представьте мир, где каждый домохозяин может запустить алгоритм Шора.
Где вся криптография рухнула, а банковские переводы проверяются на квантовом «авось сработает».
Где ваша умная кофеварка работает в режиме суперпозиции: она одновременно сварила кофе и не сварила, пока вы не открыли крышку.
Итог: квантовый компьютер - это как тот самый друг, который гениален, но невыносим.
С ним интересно поговорить вечером за бокалом вина, но доверить ему ключи от квартиры или, скажем, ядерный код - не самая лучшая идея.
А вам слабо?
Как думаете, мы когда-нибудь увидим настоящий, полезный квантовый компьютер?
Или это останется историей про то, как человечество потратило миллиарды долларов на самую дорогую в мире игрушку, которая так и не научилась делать ничего полезного?
Мы вот тут для себя решили: квантовые вычисления - это новый термояд.
Всегда через 20 лет.
Всегда прорыв.
Всегда «еще немного, и заработает».
И это прекрасно.
Потому что пока мы ждем, мы успеваем придумать еще кучу всего интересного.
Например, наши развивающие материалы - они работают прямо сейчас, не требуют жидкого гелия и точно знают, что 2+2=4.
Развивающие материалы, которые не страдают декогеренцией
Пока квантовые физики пытаются заставить кубиты жить хотя бы миллисекунду, мы тут, в мире ИТ, готовим материалы, которые работают без охлаждения, шумоподавления и постдоков.
Для детей, для родителей, для учителей - для всех, кто любит технологии и методологии и хочет в них разобраться.
Каталог развивающих материалов
Большая подборка всего, что мы для вас создали.
Ребусы, методички, конспекты, шаблоны для поделок, папки-передвижки, игры.
Все проверено в реальной педагогической практике, и не требует милликельвинов для внедрения. СКАЧАТЬ.
Новинки методических материалов
Тут собрано то, что мы сделали в этом месяце, пока ждали очередной квантовый прорыв.
Спойлер: прорыв не случился, а материалы вышли отличные. СКАЧАТЬ.
Ребусы
Разгадывать загадки интереснее, чем наблюдать за декогеренцией.
Наши ребусы не разрушаются от внешнего шума и даже работают при комнатной температуре. СКАЧАТЬ.
Идем в поход
Методичка для тех, кто считает, что лучший компьютер - это тот, который можно взять с собой в лес.
Без виброизоляции и жидкого гелия. СКАЧАТЬ.
Младшим школьникам
Адаптированные материалы для самых юных технарей.
Объясняем сложное простыми словами, без кубитов и суперпозиций. СКАЧАТЬ.
Родителям
Шпаргалка для тех, кто хочет понять, что происходит в головах детей, увлеченных технологиями.
И заодно - что происходит в головах учителей. СКАЧАТЬ.
Ребусы «Как справиться с волнением?» для 5–11 классов и СПО
Когда тревога мешает думать, а экзамены на носу.
Наши ребусы помогают переключиться и успокоиться.
Проверено на студентах, которые волновались больше, чем кубиты перед измерением. СКАЧАТЬ.
Ребусы «Большой театр. За кулисами» для 6–11 классов и СПО
Для тех, кто хочет понять, как устроена главная сцена страны.
Без квантовых эффектов, но с интригой, красотой и настоящей магией искусства. СКАЧАТЬ.
P.S. А знаете, что общего между квантовым компьютером и нашей учительской?
И там, и там надо много терпения, чтобы добиться результата.
Только в одном случае результат - это решение уравнения в суперпозиции, а в другом - горящие глаза ребенка, который сказал: «А, теперь понял!».
И знаете, мы выбираем второе.
Потому что оно не разрушается от первого же измерения.
Читать больше материалов по информационным технологиям блога "В мире ИТ" на Дзен:
Как 1 Гб памяти изменил интернет
Международный день девушек в ИКТ
Охота на мамонта или Как троян решил превратить смартфон в свои охотничьи угодья
Новый инструмент монетизации и обратной связи: встречайте Стеллы в Дзене