18 мая главный инженер квантового подразделения Google Quantum AI Эрик Люсеро написал колонку, посвященную открытию нового исследовательского кампуса Quantum AI. В ней, в числе прочего, говорится о намерении компании к концу этого десятилетия создать «полезный, исправленный» квантовый компьютер.
О квантовых компьютерах мы уже писали не один раз (все материалы собраны по тегу), в направлении особенно активно работают две компании — Google и IBM (если говорить о частном сегменте). Разработки ведутся давно, но коммерческие (не лабораторные) квантовые ПК пока так и не появились. Небольшой ликбез на тему: квантовые компьютеры, в отличие от традиционных, оперируют не битами, а кубитами, в которых хранится не дискретное состояние «0» или «1», а их суперпозиция (упрощенно говоря, это умение находиться сразу в обоих состояниях одновременно, но только до тех пор, пока такое состояние не будет измерено). Лучшим объяснением явления суперпозиции является знаменитый кот Шрёдингера, который, находясь в закрытом ящике с распадающимся атомным ядром и емкостью с ядовитым газом, является и живым и мертвым одновременно.
Считается, что квантовые компьютеры, преодолев ограничения традиционных архитектур, позволят справиться с некоторыми глобальными проблемами, решение которых остается принципиально недоступным для сегодняшних суперкомпьютеров. Среди областей применения квантовых вычислений — поиск новых лекарств и революционных материалов (новые батареи!), оптимизация логистики, финансовое моделирование, искусственный интеллект, защита информации и много чего еще. Более детально о квантовых компьютерах и квантовом интернете мы рассказывали здесь.
Возвращаясь к новости, этот кампус, расположенный в Санта-Барбаре (не путать город в Калифорнии с одноименным сериалом!), включает передовой квантовый центр обработки данных, а также научные лаборатории по разработке аппаратного обеспечения и производству микросхем для квантовых процессоров. Как сообщает The Wall Street Journal, Google планирует инвестировать миллиарды долларов в его развитие проектов в области квантовых вычислений.
Анимация демонстрирует криостаты, отвечающие за охлаждение квантового компьютера, изнутри — такие же находятся в кампусе Quantum AI. Температура в них опускает до рекордно низких 10 милликельвинов.
В конце 2019 года физики из Google первыми заявили о достижении квантового превосходства — способность решить задачу, находящуюся за пределами возможностей самых современных суперкомпьютеров. В соответствующей научной работе говорилось, что 53-кубитный квантовый компьютер Google Sycamore (на заглавном фото) всего за 200 секунд решил задачу, на которую современному суперкомпьютеру IBM Summit потребовалось бы 20 000 лет. Правда, в IBM тогда не оценили прорыва, категорически отвергнув исследование Google. С одной стороны, кто бы сомневался. С другой, в нынешнем виде квантовые компьютеры носят сугубо демонстрационный характер, как и задачи, которые они решают. Эти задачи, специально сконструированы так, чтобы их было тяжело решить с помощью классических компьютеров. Многие небезосновательно считают, что такие демонстрации и сравнения лишены практического смысла. Иными словами, нужны коммерческие системы и практические сценарии. Но пока что технология нуждается в доработке.
Несмотря на достижение квантового превосходства, Google признает, что ей предстоит пройти долгий путь, прежде чем такие компьютеры станут полезными. Нынешние квантовые компьютеры состоят из менее чем 100 кубитов. В то же время Google нацеливается на машины, построенные на 1 000 000 кубитов.
Создание такого квантового компьютера — это непростая задача. Проблема заключается в том, что квантовая система неизбежно контактирует с окружающей средой, а информация о квантовой системе, изначально закодированная в устройстве, просачивается в окружающую среду. Это негативное явление называется декогеренцией и ведет к потере части информации. Чтобы создать надежный квантовый компьютер, нужно научиться сводить к минимуму такие ошибки. То есть, необходима технология квантовой коррекции ошибок. После этого Google сможет перейти к следующему этапу и объединить 1000 физических кубитов в один логический кубит. Это заложит основу для «квантового транзистора», строительного блока будущих квантовых компьютеров. Несмотря на все эти трудности, Google с оптимизмом оценивает шансы на успех.
«Мы находимся на переломном этапе. Теперь у нас есть важные компоненты, которые вселяют уверенность. Мы знаем, как выполнить дорожную карту».
Хартмут Невен
ученый, отвечающий за программу Google Quantum AI
В конечном итоге Google планирует предлагать услуги квантовых вычислений через облако, как сейчас это делает IBM в рамках IBM Quantum Experience. К слову, ранее голубой гигант обещал выпустить первый коммерческий квантовый компьютер к 2023 году. Остаются ли эти планы в силе, неизвестно.