Наука и жизнь

Google создаст квантовый компьютер к концу года

Джон Мартинис, один из гуру Google по квантовым вычислениям, изложил «стремительную цель» компании: построить и протестировать квантовый компьютер на 49 кубитов («квантовый бит») к концу этого года. Компьютер будет использовать кубиты из сверхпроводящих цепей. Каждый кубит будет находиться в точно определенном квантовом состоянии на основе системы с двумя состояниями.

Тест станет важной вехой в квантовой компьютерной технологии. Серхио Боксо, коллега Мартиниса в Google, говорит, что квантовый компьютер с примерно 50 кубитами будет способен выполнять определенные задачи, которые могут делать самые быстрые классические компьютеры.

Исследователи считают, что квантовые компьютеры обеспечат экспоненциальное увеличение скорости для подмножества вычислительных операций, таких как факторизация простых чисел или точное моделирование органических молекул. Это возможно благодаря квантовой запутанности: создавая запутанные кубиты, можно манипулировать несколькими состояниями одновременно.

Чтобы продемонстрировать работу 49-кубитного квантовый компьютера, группа Мартиниса сначала точно подготовит кубиты — внедрит на чипы — в начальном квантовом состоянии. Затем они будут управлять кубитами с использованием прикладных потенциалов и позволят состояниям развиваться. Наконец, они будут измерять состояние кубитов и сравнивать их с теоретической моделью эксперимента, рассчитанной классическим суперкомпьютером. Если конечное состояние будет соответствовать классическому моделированию, они смогут успешно контролировать эволюцию кубитов, то есть смогут выполнять квантовые вычисления.

При этом данная демонстрация не будет являться полезной вычислительной задачей. Это лишь докажет, что ученые контролируют кубиты. «Это не полезный, а случайный алгоритм», — говорит Мартинис. — «Но мы сможем извлечь из этого выводы и сравнить результаты с очень точным компьютерным симулятором».

Мартинис заявляет, что у них уже есть представление такого 49-кубитного компьютера. На самом деле, его группа уже сейчас успешно построила и протестировала 9-кубитовую версию.

Но прежде чем сделать версию с 49 кубитами, необходимо увеличить текущий компьютер до 20 или 30 кубитов. Мартинис говорит, что удвоение размера квантового компьютера это как создание двухъядерного компьютера, если вы уже знаете, как сделать хотя бы одноядерный. «Конечно, есть трудности, о которых нужно беспокоиться, но когда вы знаете, как их преодолеть — можно сделать два компьютера и собрать их вместе», — говорит он.

Квантовый компьютер с 49 кубитами будет не слишком полезен. Чтобы сделать «универсальный» квантовый компьютер — то есть такой, который сможет заменить офисный компьютер — нужны миллионы кубитов.

Кроме того, универсальный квантовый компьютер должен будет иметь возможность исправлять свои ошибки, которые возникают из-за несовершенной подготовки кубита. Но исправление ошибок очень сложная задача. Классический метод коррекции ошибок включает дублирование данных, но вы не можете дублировать квантовое состояние — фундаментальное правило, известное как теорема о запрете клонирования. Исследователи предложили алгоритмы квантовой коррекции ошибок, но компьютер Google еще не использует их.

Тем не менее, исследователи считают, что квантовые компьютеры такого масштаба будут способны решать конкретные задачи, в частности, для исследования проблем химии. Алан Аспуру-Гузик из Гарвардского университета рассказал об использовании квантовых компьютеров для проектирования молекул для новых материалов. Например, с помощью квантового компьютера Аспуру-Гузик хочет моделировать органические фотоэлектрические элементы для солнечных элементов.

В настоящее время классические компьютеры должны аппроксимацировать квантовые свойства модели молекул. Но, учитывая естественную им квантовость, квантовые компьютеры должны быть способны точно имитировать эти свойства. Аспуру-Гузик потратил годы на то, чтобы перевести эти химические симуляции в формат, который квантовый компьютер сможет понимать и манипулировать им.

В Google предсказывают, что индустрия будет коммерциализировать небольшие специализированные квантовые компьютеры в течение ближайших пяти лет. «Если мы сможем сделать что-то полезное и коммерчески жизнеспособное, тогда будет финансирование для создания отрасли и расширения масштабов», — считает Джон Мартинис.

Поделиться с миром: