Квантовый компьютер сколько стоит – D-Wave Systems продали свой первый 2000-кубитный квантовый компьютер / ИТ-ГРАД corporate blog / Habr

Теперь этот чип, наконец, поставлен в 10-футовый квантовый компьютер стоимостью 15 миллионов долларов, названный D-Wave 2000Q, который является преемником более раннего 1000Q компании, у которого было всего лишь половина количества кубитов.

Квантовый компьютер использует квантово-механические эффекты для обеспечения совершенно нового типа вычислительных ресурсов. Его архитектура построена вокруг «кубитов», а не «бит», он может работать в экстремальных условиях, обладает фантастической мощностью вычислений, позволяет решать наиболее ресурсоемкие задачи.

Главное отличие квантового компьютера от обычного – принцип суперпозиции, благодаря которому вместо выбором между 1 и 0 (бит), устройство способно вычислять задачи, одновременно учитывая и 1 и 0. Таким образом, во внимание одновременно принимается вся совокупность возможных решений.

Чтобы принцип суперпозиции действовал, систему следует эксплуатировать при максимально низких температурах — внутри D-Wave 2000Q температура в 180 раз ниже, чем в межзвездном пространстве.

D-Wave 2000Q стал первым в мире квантовым компьютером, который свободно поступил в продажу и доступен для всех, кто готов заплатить 15 миллионов долларов. Фирма Temporal Defense Systems первая приобрела инновационный компьютер для исследования возможных кибер-угроз. D-Wave 2000Q также станет настоящей находкой в области биотехнологий, машинного обучения и оптимизации затрат.

Известно, что D-Wave удваивает производительность своих мощностей каждые два года, поэтому считается, что компания может выпускать квантовый компьютер размером 4000 кубитов в 2019 году.

Квантовые вычисления — это очень сложная отрасль информатики, которая в один прекрасный день кардинально изменит работу всех компьютеров. Передовик этой технологии — канадская компания D-Wave, которая в прошлом году выпустила самый мощный в мире квантовый вычислительный чип с более чем 2000 кубитами (квантовыми битами).

Теперь этот чип, наконец, поставлен в 10-футовый квантовый компьютер стоимостью 15 миллионов долларов, названный D-Wave 2000Q, который является преемником более раннего 1000Q компании, у которого было всего лишь половина количества кубитов.

Квантовый компьютер использует квантово-механические эффекты для обеспечения совершенно нового типа вычислительных ресурсов. Его архитектура построена вокруг «кубитов», а не «бит», он может работать в экстремальных условиях, обладает фантастической мощностью вычислений, позволяет решать наиболее ресурсоемкие задачи.

Главное отличие квантового компьютера от обычного – принцип суперпозиции, благодаря которому вместо выбором между 1 и 0 (бит), устройство способно вычислять задачи, одновременно учитывая и 1 и 0. Таким образом, во внимание одновременно принимается вся совокупность возможных решений.

Чтобы принцип суперпозиции действовал, систему следует эксплуатировать при максимально низких температурах — внутри D-Wave 2000Q температура в 180 раз ниже, чем в межзвездном пространстве.

D-Wave 2000Q стал первым в мире квантовым компьютером, который свободно поступил в продажу и доступен для всех, кто готов заплатить 15 миллионов долларов. Фирма Temporal Defense Systems первая приобрела инновационный компьютер для исследования возможных кибер-угроз. D-Wave 2000Q также станет настоящей находкой в области биотехнологий, машинного обучения и оптимизации затрат.

Известно, что D-Wave удваивает производительность своих мощностей каждые два года, поэтому считается, что компания может выпускать квантовый компьютер размером 4000 кубитов в 2019 году.

hitech.buyon.ru

IBM против D-Wave: наступила ли эра квантовых компьютеров | Технологии

Монетизация квантов

Проектирующая квантовые системы компания D-Wave появилась на рынке в 1999 году. Свое первое устройство компания представила в 2007 году, а «первую коммерчески доступную систему», то есть продукт, который могли покупать клиенты, в 2011-м.

Несмотря на впечатляющий список коммерческих и математических достижений D-Wave, с 2007 года не утихают споры, является ли система D-Wave квантовой, дает ли она существенный прирост в скорости, есть ли в нем квантовая запутанность. Например, в 2014 году IBM поставила под сомнение факт, что D-Wave использует квантовые эффекты.

Как бы то ни было, системы D-Wave успешно продаются. Среди клиентов Google, Volkswagen, NASA и другие компании и научные центры. На сегодня самая современная система содержит 2000 кубит, на ней удалось разложить на простые множители число 376 289, что на порядок больше, чем у конкурентов.

Правда, у системы IBM есть кардинальное преимущество перед D-Wave: это квантовый компьютер, а не адиабатический или квантовый вычислитель. Разница не только в словах. Квантовый вычислитель может решать только одну задачу — поиск минимума заданной функции. Он может делать это очень хорошо и потенциально быстрее любого суперкомпьютера стандартной архитектуры. Если такая функция нужна, система становится ценной. Но если ее нельзя применить, она остается учебным пособием.

Квантовый же компьютер можно приспособить для решения любых задач. Например, мечта и боль всех криптографов — разложить число на множители по алгоритму Шора: это открывает путь для быстрого и эффективного декодирования шифров. Для классических алгоритмов это столь сложная задача, что существующим суперкомпьютерам потребуются как минимум годы на вскрытие существующих шифров. Идеальный квантовый компьютер потенциально может это сделать за короткое время. Но речь идет о «сферическом коне в вакууме»: реальные устройства сталкиваются со множеством трудностей в проявлении своих способностей.

Как они работают

Теоретически квантовый компьютер может работать на порядки, в миллиарды раз, быстрее традиционных полупроводниковых. Происходит это за счет того, что квантовый компьютер оперирует не обычными битами, а квантовыми битами или кубитами, причем в особом состоянии, называемом квантовой запутанностью.

Бит, ячейка традиционной системы, имеет состояние ноль либо единица. Кубит имеет сразу состояние ноль и единица, а важнейший параметр (и это самое главное отличие) — вероятность нахождения кубита в состоянии ноль или единица.

Каждый бит в классическим компьютере может нести информацию только сам по себе, в то время как в квантовом компьютере кубиты могут объединяться и находиться в состоянии квантовой запутанности, позволяющей экспоненциально увеличивать их вычислительную мощность. В прошлом году было показано, при каких условиях квантовые системы обгоняют классические.

Когда кубиты находятся в запутанном состоянии, то трех достаточно, чтобы сделать столько же вычислений, сколько с помощью 8-битовой системы. Вообще для того, чтобы сравнить количество сохраняемой информации в квантовом компьютере с обычным, можно воспользоваться формулой: n кубитов = 2 в степени n обычных битов. Например, 3 кубита — 8 битов, 10 кубитов — 1024 бита, 100 кубитов — число с 30 нулями, что соответствовало бы классическому полупроводниковому компьютеру размером с Луну. Традиционные суперкомпьютеры не способны управляться с таким объемом информации: это в 7 млн раз больше, чем будет всего данных на Земле к 2024 году. Отметим, однако, что сравнивать «в лоб» быстродействие классического и квантового компьютера некорректно: эти машины используют принципиально разные алгоритмы, и именно от эффективности конкретного алгоритма зависит скорость того или иного вычисления.

Главное преимущество квантовых компьютеров — одновременная обработка всех нулей и единиц. Теоретически это позволяет решить любую задачу. Но, чтобы информация кодировалась и обрабатывалась в связях между кубитами, каждый из них должен находиться в состоянии квантовой запутанности, а все вместе они должны находиться в так называемом когерентном состоянии. Таким образом, когерентное состояние — одно из главных требований квантовых вычислений. И одна из самых сложных инженерных задач — сохранение когерентности. Как с этим дела у IBM и других разработчиков систем?

Что они умеют

Наиболее перспективные направления использования квантовых компьютеров: новые материалы и моделирование молекул, квантовая криптография, задачи логистики. По состоянию на сегодня прогресс в них невелик.

В области химии использование квантовых компьютеров позволило бы моделировать новые вещества и материалы (лекарства с заданными характеристиками, метаматериалы, обладающие необычными свойствами, например невидимостью в различных спектрах, и т. д.).

В марте 2018 года IBM сообщила, что самая сложная молекула, которую компании удалось смоделировать на квантовом компьютере, — гидрид бериллия Beh3, то есть вещество, у которого всего три атома. Для сравнения: фармацевтические компании работают с молекулами, в которых содержится от 50 до 80 атомов. Для того чтобы моделировать взаимодействие лекарств с клетками организмов, нужно моделировать поведение тысяч атомов.

В криптографии — области, с которой начались вливания средств в исследования, — существуют два основных алгоритма, которые гипотетически позволяют вскрывать классические шифры, такие как RSA, используемый, например, в шифровании банковских транзакций. Это алгоритм Шора, который может работать на универсальных квантовых компьютерах, таких как предлагают рынку IBM и Google, и алгоритм на базе квантового отжига, который работает на D-Wave. Считается, что современный алгоритм шифрования RSA с кодированием 1000-битовым ключом невозможно взломать за обозримое время с помощью подбора на традиционных суперкомпьютерах. Идеальный квантовый компьютер с парой тысяч кубитов взломал бы шифр за короткое время. Однако вернемся в реальность.

Из-за влияния внешней среды на кубиты когеренция между ними нарушается за миллисекунды — вычисления происходят с ошибками. В результате для взлома шифра RSA, содержащего 1000 бит, при достигнутых в современных устройствах временах когеренции алгоритму Шора требуется система, содержащая от 5 до 100 млн кубитов. На сегодняшний день максимальное количество кубитов на универсальном квантовом компьютере составляет 50 у IBM и 72 у Google. Прогресс таков, что на простые множители удалось разложить число 56 153. Это число в двоичной системе содержит 16 битов. Криптографы пока могут спать спокойно.

Наибольшую выгоду от квантовых компьютеров получили бы компании, чей бизнес строится вокруг искусственного интеллекта и машинного обучения. Оказалось, что эти алгоритмы менее требовательны к точности, а вот скорость — критически важная составляющая для того, чтобы быстро предложить вам оптимальный маршрут по загруженному городу или подобрать товар, который вы положите следующим в корзину. Тут намечается прогресс: например, Google реализовал алгоритм поиска общих точек на двух изображениях. Но и в этом случае до промышленного использования квантовых систем пока далеко.

Итоги

IBM построила квантовый компьютер, который все еще несет в себе все возможные ограничения: кубиты не рекордно стабильны, а их самих не рекордное количество. Но зато это полноценный квантовый компьютер, на котором можно разложить шестизначное число на простые множители и проводить другие экспериментальные вычисления при помощи хорошо известных ученым-«датасайентистам» средств.

Можно сравнить современные квантовые компьютеры с ракетными технологиями 1940-х годов: большие создают много шума, в том числе в массовом сознании (вспомним немецкие «Фау-2»), но слишком неточные и неэффективные, чтобы приносить ощутимый эффект. Мало кто в 1940-х осознавал, что ракетам потребуется меньше 15 лет, чтобы выйти в космос. Можно ожидать, что примерно столько же времени понадобится, чтобы квантовые компьютеры из их сегодняшнего состояния «тренировочных игрушек для ученых», как их охарактеризовал главный конструктор компании D-Wave, превратились в эффективные рабочие инструменты.

Эта статья написана при участии руководителя группы «Квантовые симуляторы и интегрированная фотоника» Российского Квантового Центра Алексея Акимова.

www.forbes.ru

IBM анонсировала первый квантовый компьютер, который можно поставить дома

На выставке CES 2019 компания IBM представила фактически первый квантовый компьютер, который можно считать первым коммерческим изделием подобного рода, пользователем которого может стать каждый желающий. Это уже не лабораторная установка, нуждающаяся в группе конкретных специалистов. Компьютер IBM Q System One можно завезти и собрать где угодно, и он не потребует постоянного обслуживания со стороны специально обученного персонала.

Система обладает встроенными решениями для автоматической калибровки и инициализации. Специальная прошивка и привычное нам встроенное в систему цифровое компьютерное оборудование проследит за запуском IBM Q System One до готовности и будет контролировать рабочие параметры вплоть до поддержки необходимого для работы системы криогенного состояния среды внутри «процессорного» блока. Всё что необходимо пользователю — это включить систему в розетку.

https://pc.watch.impress.co.jp

Безусловно, мы утрируем. Система IBM Q System One не продаётся. Для бизнес-пользователей она будет доступна только через облачный сервис компании IBM. Развёртывание IBM Q System One начнётся во второй половине этого года в специально создаваемом «квантовом» центре IBM в городе Покипси (Poughkeepsie) в штате Нью-Йорк. К сотрудничеству подключились компания ExxonMobil, ЦЕРН и Fermilab. Открытый консорциум будет определять круг задач, которые сможет решать система IBM Q System One и квантовые компьютеры в целом.

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 (9 футов). Толщина стекла — 13 мм. «Процессорный» блок с кубитами подвешен под потолком куба и забран в зеркальный кожух, в котором поддерживается предельно низкая температура. Для удобства обслуживания блок вращается вокруг своей оси. Мощность системы — 20 кубитов. Правда, если верить специалистам, одновременное число связанных кубитов не превышает 6, но компания пока не раскрывает этот параметр.

К слову, IBM не делится характеристиками разработки. В описании системы приводится один единственный параметр, которым компания открыто гордится. Это время удержания квантового состояния кубита, которое для IBM Q System One составляет 75 мкс. Кубит (состояние суперпозиции) разрушается под воздействием электромагнитных полей, вибраций и температурных скачков. Поэтому низкая температура, экранирование и другие ухищрения направлены на то, чтобы обеспечить поддержку суперпозиции как можно дольше.

Квантовый «процессор» IBM Q (https://pc.watch.impress.co.jp)

Уточним, на системе IBM Q System One нельзя будет запустить DOOM и майнить крипту. По сути — это аналоговый вычислитель, который оптимальным образом может рассчитывать состояния химических и биологических реакций, в силу аналоговой природы оных. И, конечно же, для прорыва нужны не 20 кубитов (связь которых в подобном объёме также пока не реализована), а много больше. Тем не менее, IBM сделала маленький, но важный шаг в нужном направлении — к расширению сферы причастных к квантовым вычислениям, будь то организации, или отдельные специалисты.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

3dnews.ru

Квантовый компьютер — компьютер будущего

Квантовый компьютер – компьютер будущего. 

Технология находится в процессе разработки!

Квантовый компьютер – вычислительное устройство, которое использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных.

Описание

Преимущества

Применение

Доступ к квантовому компьютеру

Описание:

Квантовый компьютер – электронно-вычислительная машина, которая мгновенно решает задачи, используя явления квантовой суперпозиции (набором возможных состояний квантовых частиц с определенными вероятностями каждого) и квантовой запутанности (при котором два или более частиц оказываются взаимозависимыми – запутанными, то есть связь сохраняется, даже если их разнести в разные части Вселенной) для передачи и обработки данных.

Основным элементом квантового компьютера является квантовый бит, или кубит (quantum bit, qubit).

В отличие от обычного компьютера, где за информацию отвечают биты (которые принимают значения «0» или «1»), в квантовом компьютере им на смену приходят квантовые биты (сокращенно – кубит), у которых два основных значения (состояния) «0» и «1». Благодаря свойству квантовых объектов под названием «суперпозиция» кубит может принимать все значения, которые являются комбинацией основных. При этом его квантовая природа позволяет ему находится во всех этих состояниях одновременно. В этом и заключается параллельность квантовых вычислений с кубитами. Все случается сразу – уже не нужно перебирать все возможные варианты состояний системы. Теперь не нужны огромные вычислительные мощности и объемы оперативной памяти, ведь для расчета системы из 100 частиц достаточно 100 кубитов, а не триллионы триллионов бит.

Преимущества:

– высокая скорость вычисления, недоступная обычным компьютерам,

– возможность решения сложных задач, которые обычные компьютеры либо не могут решить, либо решают длительное время.

Применение:

– искусственный интеллект,

– молекулярное моделирование,

– криптография,

– финансовое моделирование,

– прогнозирование погоды и изменения климата.

Доступ к квантовому компьютеру:

В настоящее время можно получить доступ к квантовому компьютеру через облако. Несколько компаний предлагают такую услугу совершенно бесплатно. Например, компания IBM и компания D-Wave. Доступ к ним может получить любой желающий со своего компьютера или мобильного устройства. Достаточно только зарегистрироваться или запросить доступ.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com

карта сайта

квантовый компьютер купить принцип работы новости 2018 в россии d wave ibm цена видео существует реальность квантовые вычисления биткоин блокчейн
первые кубитные квантовые компьютеры новости презентация реферат фото информация последнее простыми словами
создание суть мощность разработка алгоритм работа языки квантового компьютера
оптический вселенная сколько стоит первый новый мир как работает простейший самый мощный российский мощнейший кубитный квантовый компьютер будущего когда появится википедия человек
программирование квантовых компьютеров

Коэффициент востребованности 156

xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai

Google представила новый квантовый процессор / Habr

Новый 72-кубитный квантовый процессор Google Bristlecone построен по принципу, который позволил в предыдущем 9-кубитном процессоре показать низкую частоту ошибок при считывании данных (1%), при работе однокубитного вентиля — 0,1% и при работе двухкубитного вентиля — 0,6%, что, как отмечает Google, было лучшим результатом компании. Перед применением нового процессора в работе важно понять его возможности: команда создала инструмент, проверяющий его на ошибки, с помощью решения идентичных задач на квантовом процессоре и в классической симуляции. При низком количестве ошибок может быть достигнуто «квантовое превосходство».

Прогноз Google: зависимость количества ошибок от количества кубитов в процессоре

Квантовые компьютеры используют квантовую суперпозицию и квантовую запутанность для передачи и обработки данных. Одной из главных задач квантовых компьютеров станет усиление искусственного интеллекта. Кубиты квантового процессора — это квантовые аналоги битов. Два расположенных рядом кубита имеют четыре состояния — оба вкл, оба выкл, вкл/выкл и выкл/вкл, каждый из них имеет вес или «амплитуду», которая способна играть роль нейрона; третий кубит в такой системе позволяет представить восемь нейронов, а четвёртый — шестнадцать. Изменение состояния четырёх кубитов приводит к обработке шестнадцати нейронов за один раз, в то время как классический компьютер обрабатывал бы эти числа по одному.

Одной из проблем при работе квантового компьютера является количество ошибок, которые возникают при вычислениях, считывании и записи информации в кубиты. В июне 2016 года исследователи из Google построили процессор из 9 кубитов, который показал высокую надёжность. Эту разработку они смогли масштабировать к марту 2018 года, увеличив количество кубитов до 72. В процессоре кубиты расположены в два слоя 6×6 друг над другом. Подразделение Google Quantum AI lab тестирует разработку.

Квантовый процессор Bristlecone состоит из 72 кубитов, изображённых на схеме (справа) в форме «X», где точки соприкосновения концов символа отображает связь кубита с ближайшими «соседями»

На данный момент квантовыми компьютерами занимаются ряд исследовательских команд, в том числе — IBM. В марте 2017 года компания объявила о запуске проекта IBM Q, и к июню представила два процессора: 16-кубитный для работы в научной сфере и 17-кубитный для коммерческого использования. В 2017 году IBM Research разработала 49-кубитный процессор.

В июле 2017 года команда российских и американских учёных из Гарвардского университета, возглавляемая сооснователем Российского квантового центра (РКЦ) Михаилом Лукиным, сообщила о создании 51-кубитного квантового компьютера.

В России в марте 2018 года между Внешэкономбанком, компанией «ВЭБ Инновации», Фондом перспективных исследований (ФПИ), МГУ имени Ломоносова и АНО «Цифровая экономика» было подписано соглашение о разработке 50-кубитного квантового компьютера.

habr.com

D-Wave приступила к поставкам квантового компьютера 2000Q стоимостью $15 млн

Квантовые вычисления со временем могут обеспечить существенный прирост производительности компьютерных систем. Развитием и продвижением квантовых вычислений активно занимается компания D-Wave, которая в прошлом году создала крупнейший квантовый чип, включающий более 2000 кубит. Теперь этот чип уже поставляется в составе готовых квантовых компьютеров D-Wave 2000Q.

Но пока что квантовые вычисления нельзя назвать доступными. Цена D-Wave 2000Q составляет внушительные $15 млн. Первые квантовые компьютеры напоминают старые громоздкие вычислительные системы, они поставляются в больших шкафах высотой в 10 футов (около 3 метров) и объёмом в 700 кубических футов (около 20 кубических метров). При этом размеры самого квантового чипа достаточно небольшие и сопоставимы с размерами ногтя большого пальца. Большую часть остального пространства компьютера занимают система охлаждения и экранирования. Они предназначены для создания необходимых условия для функционирования квантового компьютера и устранения внешних воздействий. Благодаря применения системы охлаждения на базе жидкого гелия температура квантового чипа находится на уровне -273 градуса Цельсия.

Первым покупателем квантового компьютера D-Wave 2000Q стала компания Temporal Defense Systems, специализирующаяся на вопросах безопасности. Также доступ к 2000Q можно будет получить через онлайн сервис по подписке.

Источник: The Verge

itc.ua

Почему так сложно создать квантовый компьютер?

Изобретению квантовых компьютеров частенько предсказывают прорыв, аналогичный прорывам при изобретении колеса, покорении огня или создании хорошо знакомых нам компьютеров. Но пока с этой задачей в полном масштабе никто справиться не сумел. В чем же основная загвоздка и зачем нам квантовые компьютеры? Сегодня Onliner.by объясняет суть компьютеров будущего, а помогает нам в этом заместитель заведующего Центром квантовой оптики и информатики Института физики НАН Беларуси член-корреспондент Дмитрий Могилевцев.

Почему за квантовым компьютером будущее?

Зачем вести разработки по созданию квантовых компьютеров? Чем нас не устраивают нынешние, которые постоянно прогрессируют в своей мощности? Теоретически квантовые компьютеры способны быстро решать задачи, на которые даже у суперкомпьютеров уйдут тысячелетия.

— Но есть нюанс. Пока квантовый компьютер дает выгоду только для определенного круга задач. Сейчас они и строятся под такие задачи. Поиск дающих выгоду квантовых алгоритмов — это сама по себе отдельная дисциплина, — рассказывает Дмитрий Могилевцев. — Бум квантовых компьютеров начался с того, что американец Питер Шор предложил с их помощью решать очень важную с практической точки зрения задачу факторизации. Она имеет огромное значение в криптографии.

Перемножить целые числа — это просто, а вот узнать, на какие простые множители разлагается число — крайне трудная задача для классического компьютера. 15 факторизуется на простые числа 3 и 5. Но что если число очень большое и состоит из тысяч цифр?

В теории на классическом компьютере такую задачу разрешить можно, однако на практике это потребует много времени. Увеличивается число — временны́е затраты возрастают по экспоненте и быстро выходят на времена, сравнимые с возрастом Вселенной. А алгоритм Шора, используя возможности квантовых компьютеров, способен произвести факторизацию за время, не намного превосходящее время умножения целых чисел.

Например, современный суперкомпьютер, позволяющий делать более десяти в пятнадцатой степени операций в секунду, разложил бы число с пятьюстами знаками за 5 млрд лет. Квантовый компьютер со скоростью всего миллион операций в секунду решил бы ту же задачу за 18 секунд.

Так как факторизация лежит в основе всей современной криптографии, изобретение эффективных квантовых компьютеров поставит под угрозу большинство активно используемых ныне методов шифрования данных. Ведь вся информация, которая нынче передается через сеть, подвергается шифрованию — банковские транзакции, секретная переписка в соцсетях и прочее. Квантовый компьютер сможет подобрать код для расшифровки этих данных в мгновение ока. И тогда не останется ничего тайного.

— Правда, надолго ли — это еще вопрос. Уже сейчас ведутся работы над постквантовым шифрованием, устойчивым к подобному взлому. Хотя эффективность таких систем криптографии пока еще много хуже традиционных.

А еще квантовые компьютеры могут быть очень полезными для моделирования динамики сложных квантовых систем. Именно в этом еще в начале 80-х годов прошлого века видел их выгоду знаменитый физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман. Кстати, сама идея квантовых вычислений предложена известным советским математиком Юрием Маниным в 1980 году.

Что же такое квантовый компьютер?

Это компьютер, использующий вместо классических битов (бинарных переменных, единичек и нулей) кубиты — состояния квантовой системы с двумя уровнями. В отличие от битов, кубиты могут находиться в состоянии 0, 1 и в суперпозиции 0 и 1.

— Помните мысленный эксперимент с котом Шредингера? Пока мы не откроем коробку, кот в ней и «жив», и «мертв» одновременно. Состояние кота в коробке и называется суперпозицией.

Суперпозиция позволяет квантовым компьютерам делать параллельные, а не последовательные вычисления, что на порядок ускоряет работу в определенных алгоритмах. И чем больше в нашем процессоре связанных кубитов, тем больше информационное преимущество квантового компьютера над классическим, тем он потенциально мощнее и быстрее.

— В отличие от классических компьютерных битов и транзисторов, кубиты для своего физического воплощения требуют, как правило, отдельных квантовых систем с дискретными энергетическими уровнями и единичных квантов возбуждений.

Кубиты можно реализовать, например, с охлажденными атомами в ловушках, дефектами в нанокристаллах алмаза или сверхпроводящими контурами. Последние на современном этапе считаются самыми перспективными для построения квантовых компьютеров, поскольку сверхпроводящий контур-кубит, по сути, — объект почти макроскопический, размером в микрометры, доступный для манипуляций и массового изготовления.

Сверхпроводящие кубиты можно создавать на основе существующих методов литографии и помещать на чипы, не боясь, что они куда-нибудь сбегут как атомы. Так, в 2015 году Министерство образования и науки РФ сообщало о создании кубитов из четырех джозефсоновских контактов на «петле» размером в один микрон: «Контакты состоят из алюминиевых полосок, разделенных слоем диэлектрика (оксида алюминия) толщиной около 2 нанометров». Для печати кубита использовалась технология электронной и фотолитографии. Процесс этот весьма увлекательный и подробно расписан создателями в их блоге.

Существуют ли настоящие квантовые компьютеры?

— Они уже есть, и вполне настоящие. Их покупают и продают. Канадская компания «Ди-вэйв» (D-Wave) с 2011 года продает процессоры на нескольких сотнях и более кубитов. Одним из покупателей является аэрокосмическая корпорация «Локхид Мартин» (Lockheed Martin), приобретшая один из первых 128-кубитных процессоров за $11 млн. В начале прошлого года «Ди-вэйв» выпустила устройство с 2000 кубитов.

Правда, на стол в каждой отдельной семье квантовый компьютер поставить трудно — это ящик трехметровой высоты стоимостью $15 млн, внутри которого холоднее, чем в открытом космосе, нагретом реликтовым излучением до 2,725 Кельвина или -270,425 градусов по Цельсию. [Компьютер D-Wave работает при температуре -273 градуса по Цельсию, тогда как на орбите Земли средняя температура абсолютно черного тела составит +4 градуса — прим. Onliner.by]. И даже если оставить сомнения в истинной квантовости компьютера «Ди-вэйв», выгода от него — лишь для отдельных специализированных задач.

В некоторых случаях речь идет о задачах по оптимизации функции затрат по принципу квантового отжига. Например, компании Google это позволило в одном из таких алгоритмов добиться в 100 млн раз большего быстродействия по сравнению с обычным компьютером.

А летом прошлого года группа физиков под руководством профессора Гарварда и сооснователя Российского квантового центра Михаила Лукина смогла создать 51-кубитный квантовый компьютер для моделирования квантовых систем, то есть квантовый симулятор. «Наш симулятор обладает достаточно хорошей когерентностью и довольно большим количеством кубитов, но все это есть и у других систем. Что важно — нам удалось сделать систему с высокой степенью программируемости», — говорил Михаил Лукин в интервью РБК. Квантовый симулятор, по мнению американского ученого Кристофера Монро, это то, что можно запрограммировать под выполнение лишь определенного вида задач и со временем превратить в универсальный квантовый компьютер, когда станет возможно программировать симулятор произвольным образом. Михаил Лукин отмечает, что на данном этапе исследований грань между компьютером и симулятором очень размыта.

Компания Intel в октябре прошлого года объявила о выпуске экспериментального 17-кубитного квантового процессора. Разработчики утверждают, что применили новую архитектуру, которая позволила повысить надежность, улучшить температурные характеристики и изоляцию от помех из-за совместной работы кубитов.

Работы ведутся. Как в середине прошлого века ученые предполагали, что на весь мир хватит и пяти компьютеров, так в нынешнем столетии хочется надеяться, что и задач для квантовых компьютеров станет больше, и для их производства найдутся эффективные и масштабируемые технологии. Пока же есть загвоздки.

Что останавливает торжество квантовых компьютеров?

— Конечно, было бы здорово, если бы удалось сделать компактный и дешевый универсальный квантовый процессор, для всякой задачи работающий не хуже классического и пригодный для помещения в смартфон. Но, увы, пока технологические затруднения слишком велики. Квантовость хрупка. Окружающий мир постоянно толкает наше квантовое состояние, и оно размывается.

Представьте, что вы пытаетесь удержать неподвижным маленький шарик в широкой миске, в то время как вас и миску в ваших руках постоянно и быстро толкают в разные стороны. Шарик остается в миске, расстояние от него до ваших глаз более-менее постоянно, но его положение все время меняется, он дрожит и в ваших глазах превращается в расплывчатое пятно.

На научном языке это называется «декогеренцией». Для большого числа кубитов подобный фазовый шум — настоящее бедствие, способное быстро убить все то, что дает преимущество квантовому компьютеру. Он загоняет квантовое состояние в классическое, губит суперпозицию. Нужно изолироваться, не дать окружающему миру толкать наши кубиты. Один из выходов — попросту заморозить окружающее до суперкосмического холода, как в «Ди-вэйв». Оттого и трехметровые габариты, и высокая цена — хотя сам процессор величиной с ноготь.

Но сейчас интенсивно разрабатываются и другие платформы для квантового процессора, например дефекты в нанокристаллах алмаза, которые способны сохранять когерентность при комнатной температуре.

В последние годы в гонку ввязались мировые технологические гиганты, а потому можно ожидать, что в ближайшие десятилетия мы увидим полноценный квантовый компьютер. Если не на своем столе в гостиной, то в университетской лаборатории уж точно.

Компьютеры в каталоге Onliner.by

Читайте также:

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Перепечатка текста и фотографий Onliner.by запрещена без разрешения редакции. [email protected]

tech.onliner.by