Как создают мощнейший квантовый компьютер

Компания Google создала квантовый компьютер, который за пару минут решает задачи, занявшие бы тысячелетия у самых мощных классических компьютеров. Однако научную статью на сайте NASA, посвященную своим достижениям, разработчики почему-то удалили.

Американская компания Google разработала самый мощный в мире квантовый компьютер, который способен выполнять расчеты за пределами возможностей современных суперкомпьютеров. Об этом пишет издание The Financial Times со ссылкой на научный доклад корпорации.

Информация об этом ранее была опубликована в научной статье разработчиков на сайте NASA, однако позже ее удалили, сообщает издание.

В статье утверждалось, что процессор нового компьютера якобы выполнил за три минуты и 20 секунд расчеты, на которые самому мощному в настоящее время компьютеру Summit потребовалось бы 10 тыс. лет.

«Это существенное ускорение по сравнению со всеми известными классическими алгоритмами обеспечивает экспериментальную реализацию квантового превосходства в вычислительной задаче и ознаменует собой появление столь ожидаемой вычислительной парадигмы, — приводит издание цитату из доклада. — Насколько нам известно, этот эксперимент представляет собой первое вычисление, которое может быть выполнено исключительно на квантовом процессоре».

Однако пока компьютер от Google может выполнять лишь один расчет единовременно.

Пока разработчикам удастся добиться одновременного выполнения нескольких операций и решения практических задач, пройдут годы. И все же создатели признают результаты своей работы «важной вехой на пути к полномасштабному квантовому вычислительному процессу».

Рост мощи квантовых компьютеров в разы превысит показатели прогрессии, указанной в законе Гордона Мура, поясняют разработчики. Согласно нему, число транзисторов на чипе, а значит и плотность вычислений, должны удваиваться примерно через каждые два года. На данный момент прототипы квантовых компьютеров отличаются от обычных вычислительных устройств лишь скоростью, но не алгоритмом работы. Появление настоящих квантовых компьютеров же приведет к росту компьютерной мощности по экспоненте.

Обычный компьютер работает на основе транзисторов и кремниевых чипов, которые используют для обработки информации бинарный код, состоящий из нулей и единиц. Бит, как минимальная единица информации имеет два базовых состояния: 1 и 0. Изменения этих состояний можно легко контролировать: объекты могут либо находиться в конкретном месте, либо нет.

Работа же квантового компьютера будет основываться на принципе суперпозиции, а вместо битов будут использоваться кубиты (квантовые биты), которые одновременно могут находиться во всевозможных состояниях (в 1 и 0 одновременно).

Таким образом, компьютеру не нужно тратить время на перебор всех возможных вариантов состояний.

С помощью квантовых компьютеров можно оптимизировать множество процессов: от медицины и до машиностроения. Они позволят проектировать сложные системы автопилотов, моделировать молекулы ДНК, обрабатывать колоссальные массивы астрономических и физических данных и решать множество прочих задач, для которых мощностей современных компьютеров уже недостаточно.

Кроме того, квантовые компьютеры можно будет использовать в криптографии для чтения даже надежно зашифрованных сообщений.

При этом, в силу особенностей квантовой физики, результаты всегда будут не точными, а вероятностными.

Впрочем, «прогнав» одну и ту же задачу несколько раз, можно прийти к достаточно однозначному результату.

За 20 лет ученые продвинулись от 7-кубитного квантового компьютера до 72-кубитного. Одна из распространенных сложностей при разработке состоит в том, что почти любой контакт с внешней средой приводит к тому, что квантовая система становится классической, это явление называется декогеренцией. К этому приводит и взаимодействие кубитов между собой. Поэтому одна из основных задач разработчиков — как можно дольше удержать их от декогеренции.

Для квантовых компьютеров нужны и особые, квантовые языки программирования. Сегодня их уже около десятка. Впрочем, основная их цель — не столько создание инструмента для программистов, сколько предоставление средств для исследователей для облегчения понимания работы квантовых вычислений.