Вселенський комп’ютер. Як квантова перевага Google змінить наше життя

Найбільші уми людства гналися за цією перевагою останні 30 років, адже вона може кардинально змінити сферу інформаційних технологій і апаратного забезпечення.

З огляду на це, НВ розбиралася, хто виривається вперед у гонці двох американських корпорацій, і навіщо взагалі потрібна квантова перевага разом з квантовими комп'ютерами.

У статті Nature зазначено, що «послідовності випадкових чисел є найбільш підходящими для еталонного тестування (англ.

- benchmarking), оскільки у них немає структури».

Згідно з результатами дослідження, Sycamore довів випадковість величезної кількості випадково згенерованих чисел всього за три хвилини і 20 секунд.

«Sycamore потрібно близько 200 секунд для вибірки одного примірника квантової схеми мільйон разів.

Еквівалентна задача для сучасного класичного суперкомп'ютера займе близько 10 тис.

Це різке збільшення швидкості в порівнянні з усіма відомими класичними алгоритмами є експериментальною реалізацією квантової переваги», - пишуть автори дослідження.

Лише один з цих кубітів не працює, і існує тільки для підтримки структури чіпа..

Технічно комп'ютер створили з алюмінію, індію (дуже м'який метал) і кремнію.

Об'єднати ці матеріали вдалося завдяки ефекту Джозефсона - протікання надпровідного струму через два надпровідника.

Щоб досягти квантового стану кубітів, процесор охолоджують в спеціальному холодильнику до температури, близької до абсолютного нуля (20 мілікельвінів), що приблизно дорівнює мінус 273 градуса Цельсія.

За допомогою так званих атенюаторів - приладів, які знижують інтенсивність електромагнітних коливань - і додаткових фільтрів суперохолоджений Sycamore під'єднують до звичайної електроніки, яка працює за кімнатної температури, і за допомогою цифро-аналогових перетворювачів може зчитувати інформацію з квантового комп'ютера.

Все було б добре, якби конкуренти з IBM не спростували цю інформацію і не заявили, що їх звичайні комп'ютери зараз можуть виконувати такі ж обчислення.

«У нас є достатньо доказів того, що термін "квантова перевага" неправильно тлумачиться і викликає серйозну плутанину.

Ми закликаємо людей з більшою часткою скептицизму розглядати заяви про те, що вперше квантовий комп'ютер перевершив обчислення класичних комп'ютерів через складний характер зіставлення відповідної метрики», - пишуть представники IBM.

Лише у цьому випадку можна говорити про «перевагу» подібних обчислювальних систем.

Дійсно, завдання, яке виконав Sycamore за 200 секунд може бути надзвичайно складним і, припустимо, навіть неможливим для класичних комп'ютерів.

Таким же чином, представники IBM могли говорити про подолання порога квантової переваги рівно рік тому: 19 жовтня 2018-го в журналі Science опублікували дослідження, авторами якого виступили співробітники IBM та вчені з Університету Ватерлоо і Мюнхенського технічного університету.

У матеріалі зазначено, що їх квантовий комп'ютер вирішує складну алгебраїчну формулу, яку не можуть вирішити класичні комп'ютери.

«Наша робота дає безумовний доказ обчислювальної квантової переваги.

Запропонований квантовий алгоритм є підходящим кандидатом для експериментальної реалізації в найближчому майбутньому, так як для нього потрібні тільки квантові ланцюги постійної глибини, з'єднані на двовимірній сітці кубітів (квантових бітів)», - писали автори дослідження.

Що таке квантові комп'ютери і навіщо вони потрібні?@video=//www.

XxNGVM@Концепт квантового комп'ютера належить американському лауреату Нобелівської премії з фізики Річарда Фейнману, який за кілька років до своєї смерті в 1988-му припустив, що квантові комп'ютери зможуть об'єднати фізичні і хімічні властивості речовини і дозволять набагато швидше масштабувати обсяг обчислень, виконаний класичними комп'ютерами.

У пошуках вирішення цього завдання послідовники Фейнмана прийшли до згаданих вище кубітів - мінімальних одиниць інформації, які можуть перебувати в кількох станах простору-часу одночасно.

Очевидно, концепт квантових комп'ютерів переплітається з квантової суперпозицією - перебуванням атомів в декількох станах одночасно за рахунок взаємодії атомів і елементарних неподільних частинок - квантів - в певний умовах.

Як ми вже писали, в класичному комп'ютері мінімальні одиниці інформації - біти - можуть мати тільки два значення - 0 і 1, і навіть найскладніше програмне забезпечення в своїй основі представляж лише дуже довгу послідовність з одиниць і нулів.

Кубіт, в свою чергу, підтримує стани обох значень (0 і 1) одночасно, що дозволяє обробляти набагато більшу кількість інформації і, в теорії, виконувати неможливі для сучасних комп'ютерів завдання.

У зрозумілому нам порівнянні, біти в класичному комп'ютері - це монета, яка може показувати або орла або решку.

Кубіти - це монети, які постійно обертаються і показують і орла і решкк одночасно.

Крім цього, математична перевагу кубітів перед бітами в тому, що при додаванні однієї одиниці вони подвоюють потужність всієї мікросхеми, а додавання одного біта до іншого практично нічого не змінює і все одно вимагає колосальних обсягів інформації і мікросхем для вирішення складних завдань.

Раніше експерти підрахували, що створення квантового комп'ютера потужністю в 300 кубітів буде відповідати класичному комп'ютеру з кількістю бітів, що дорівнює кількості атомів у всесвіті, - приблизно 91-значне число..

Робочі квантові комп'ютери повинні зробити революцію абсолютно у всіх сферах життя.

Вважається, що першою сферою їх застосування стане хімія: створивши алгоритм, який дозволить аналізувати неймовірну кількість різних речовин і їх властивостей, квантовий комп'ютер допоможе вченим розробити найміцніші, найлегші, найбезпечніші та найефективніші матеріали.

Завдяки цьому літаки літатимуть набагато довше і швидше, електрокари можна буде заряджати раз на рік, смартфони перетворяться в голограми на лінзах для очей, медики знайдуть ліки від раку, ну а 400 з гаком депутатів замінить невелика мікросхема, яка буде відстоювати політичні інтереси всіх громадян країни.

Правда, є і негативні сторони такого винаходу: так звана квантова змова передбачає, що перший уряд, в руки якого потрапить робочий квантовий комп'ютер зможе зламати існуючі технології шифрування і отримати доступ до всіх електронних систем безпеки будь-якої держави.

Згідно з документами, які опублікував колишній співробітник ЦРУ Едвард Сноуден, Національне агентство безпеки США ще у 2013-му виділило близько $80 млн на створення квантового комп'ютера, який зможе обійти більшість типів цифрового захисту.

Схоже відбувалося і з IBM на початку нульових, коли компанію звинувачували у сприянні Гітлеру в період Голокосту.

У той час американський журналіст Едвін Блек видав книгу, в якій детально описувалася діяльність дочірньої компанії IBM - Watson Business Machines - під час окупації Польщі фашистськими військами.

Але це, так би мовити, вже зовсім інша історія, яка стане основою для багатьох теорій змови.

Так хто кого перевершив?На насправді, не так важливо, хто досягне або вже досяг формальної квантової переваги.

Так, за цей час квантові комп'ютери вже зараз можуть виконувати певні завдання, і так, ці завдання можуть бути не під силу звичайним ком'ютерам або навіть хваленому IBM Summint.

10 тис.

років, рівно як і два з половиною дня для «доказу випадковості випадково згенерованих чисел» квантовим або звичайним комп'ютером, про які говорили представники і тієї й іншої компанії, - це лише моделювання процесу, а не реальне його виконання.

Навіть якщо компанії і зможуть це з'ясувати, і виявиться, що їх комп'ютери здатні швидко виконувати складні, але не застосовні в реальному світі обчислення, яка різниця хто з них перших досяг цієї переваги?Найімовірніше, в історію увійде той, хто за допомогою свого квантового комп'ютера зможе знайти будь-яку екзотичну матерію або вигадати нове паливо для ракетних двигунів.

А обрати і виконати найпростішу задачу для своїх, нехай навіть і квантових, пристроїв залишиться прерогативою маркетологів і медійників, які люблять гучні заголовки.