Кубит против бита: на что способен новый квантовый компьютер

13.02.2019 0

В обозримом будущем квантовые компьютеры персональными не станут. Об этом в эксклюзивном интервью «Известиям» заявил руководитель направления квантовых вычислений научно-исследовательской лаборатории IBM Research в Цюрихе доктор Вальтер Рис. По его словам, они будут использоваться как суперкомпьютеры, доступ к которым осуществляется через «облако». Однако их развитие в ближайшие пять лет значительно ускорится. Над созданием квантового компьютера работают во многих лабораториях мира. Считается, что его появление будет настоящим прорывом. Недавно компания IBM презентовала прототип коммерческого квантового компьютера IBM Q System One.

Квантовый пшик: станет ли новый компьютер IBM прорывом

Что скрывается под толстым дизайнерским стеклом трехметрового куба

— Российские специалисты разошлись во мнениях, что же именно находится за стеклом трехметрового куба — именно так выглядит ваш прототип. Одни говорят, что невозможно создать криостат для сверхпроводящих кубитов, способный уместиться в относительно небольшой емкости — обычно он занимает площадь целой комнаты. Другие считают, что внутри все-таки размещен криостат вместе с необходимыми для работы квантового процессора обычными ПК. Так что же находится внутри?

IBM Q System One стал первой в мире коммерческой квантовой интегральной системой на 20 сверхпроводящих кубитах, предназначенной для установки в центрах обработки данных. Слово «интегральный» как раз и означает, что конструкция куба вместила в себя все необходимые элементы, включая криостат и классическую электронику, которая в том числе отвечает за удаленный доступ пользователей к системе и запуск программ через «облако». При этом все элементы системы надежно защищены от взаимных и внешних помех.

— Это персональный квантовый компьютер?

Нет, этот компьютер не персональный. Но он в отличие от прежних лабораторных испытательных образцов предназначен для практического применения коммерческими заказчиками, входящими в сеть IBM Q Network. Например, нефтекомпания ExxonMobil планирует использовать квантовые компьютеры для расчета механизмов катализа и межмолекулярного взаимодействия, с которыми не справятся обычные классические компьютеры. Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) собирается задействовать квантовые алгоритмы машинного обучения для классификации явлений с частицами при опытах в Большом адронном коллайдере. То есть потенциальные области применения квантовых компьютеров связаны с моделированием и оптимизацией процессов.

— Есть такой термин «квантовое превосходство». По сути, это выход в создании компьютеров на другой уровень, когда все задачи решаются на несколько порядков лучше. В IBM же, как говорят сотрудники этой компании, стремятся не к квантовому превосходству, а к квантовому преимуществу. В чем оно заключается?

Квантовое преимущество в нашем понимании — это когда важная задача может быть эффективно решена именно с использованием квантовых компьютеров. Недавно мои коллеги из США вместе с другими учеными экспериментально доказали факт квантового преимущества на примере задач линейной алгебры. Они показали, что при увеличении сложности входных условий не требовалось увеличивать вычислительные способности используемой квантовой цепи, в отличие от обычных компьютеров. Поэтому мы пока стремимся к квантовому преимуществу. А квантовое превосходство — это отдаленная перспектива.

— Каковы ближайшие планы IBM по развитию квантовых компьютеров, что они смогут через три-пять-десять лет?

— Надо быть готовыми к наступлению эры квантовых вычислений, начинать использовать те преимущества, которыми уже обладают современные квантовые компьютеры. Их развитие в следующие пять лет будет ускоряться, в частности, благодаря использованию приближенных вычислений. Так называемая универсальность будет достигнута увеличением количества кубитов до нескольких сотен или более, а вот на решение проблемы отказоустойчивости потребуется еще время.

Подумать только: компьютер научится считывать мысли человека

Принципиально новый интерфейс Курчатовского института позволит машине угадывать желания

— То, что сейчас называют квантовым компьютером, по сути, — квантовый процессор. Он подсоединяется как приставка к обычному ПК. Будет ли когда-нибудь квантовый компьютер абсолютно самостоятельным?

— Действительно, квантовые компьютеры в настоящее время работают по подобию графического ускорителя в персональном компьютере, только доступ к ним предоставляется в удаленном режиме, через «облако». Мы считаем, что такой комбинированный подход к организации квантовых вычислений сохранится и в обозримом будущем.

— Каким образом будут писать программы для этого компьютера? Будет ли создан специальный язык программирования?

— IBM создала открытый инструментарий Qiskit, который позволяет работать над построением реальных приложений уже сейчас, не дожидаясь появления универсального отказоустойчивого квантового компьютера. Программы в этой среде пишутся на языке ассемблера с открытым кодом OpenQASM. Еще в 2016 году IBM открыла бесплатный «облачный» доступ к реальным квантовым компьютерам. Им уже воспользовались свыше 100 тыс. исследователей, программистов и студентов со всего мира. На этой тестовой платформе IBM Q Experience было проведено свыше 7 млн запусков программ, а на базе экспериментов опубликовано порядка 130 научных статей.

— Сейчас в IBM продают доступ к квантовому компьютеру. Это похоже на использование телескопов и ускорителей. Будет ли квантовый компьютер когда-нибудь персональным?

Вряд ли квантовые компьютеры скоро появятся в наших домах, и я не считаю это целесообразным. Суперкомпьютеры, например, используют давно, но при этом никому не приходит в голову устанавливать их у себя дома.

— В IBM разрабатываются только сверхпроводящие кубиты? Или ученые работают над кубитами, которые основаны на других физических принципах?

Мы используем сверхпроводящие кубиты, изготовленные из металлических сверхпроводников на кремниевом чипе. Это позволяет задействовать стандартные процессы проектирования и производства кремниевых микросхем. Мы считаем, что основой полноценного универсального квантового компьютера станут именно сверхпроводящие кубиты.

Справка «Известий»

Квантовые компьютеры задействуют для вычисления квантовые технологии. В обычных ПК информация хранится в битах — нулях или единицах, а в квантовых — в кубитах.

Они могут находиться одновременно в двух состояниях: содержать ноль и единицу сразу. Благодаря этому квантовый компьютер, как считают специалисты, может работать быстрее. Таких машин, которые способны решать любую задачу, пока не существует. Большинство исследований сейчас направлено лишь на создание высокопроизводительных кубитов.

Квантовый компьютер сможет выдавать ответы на вопросы, которые потребовали бы тысячи лет вычислений для обычного. У людей появится возможность диагностировать рак на более ранних стадиях, делать более сложные автопилоты, моделировать молекулы ДНК, искать новые лекарства, создать совершенный искусственный интеллект, а также взламывать любой код.

 

Источник: iz.ru