В маленький лаборатории в пышноватой сельской местности в сотке км к северу от Нью-Йорка с потолка свисает непростая неурядица трубок и электроники. Это комп, пусть и хаотичный с виду. И это не самый обыденный комп. Может быть, на его роду написано стать одним из важных в истории. Квантовые компы обещают создавать вычисления далековато за пределами досягаемости хоть какого обыденного суперкомпьютера. Они могут произвести революции в сфере сотворения новейших материалов, позволив имитировать поведение материи прямо до атомного уровня. Они могут вывести тайнописью и компьютерную сохранность на новейший уровень, взламывая доселе неприступные коды. Есть даже надежда, что они выведут искусственный ум на новейший уровень, посодействуют ему наиболее отлично просеивать и перерабатывать данные.
Совершенно не похоже на комп.
И лишь на данный момент, спустя десятилетия постепенного прогресса, ученые, в конце концов, приблизились к созданию квантовых компов, довольно массивных, чтоб созодать то, что обыденные компы созодать не могут. Этот ориентир прекрасно именуют «квантовым приемуществом». Движение к этому ориентиру возглавляет Гугл, за ним следуют Intel и Microsoft. Посреди их — отлично финансируемые стартапы: Rigetti Computing, IonQ, Quantum Circuits и остальные.
И все таки никто не может сравниться с IBM в данной нам области. Еще 50 годов назад компания достигнула фурроров в области материаловедения, которая заложила базы для компьютерной революции. Потому в прошедшем октябре MIT Technology Review направились в Исследовательский центр Томаса Уотсона при IBM, чтоб ответить на вопросец: в чем квантовый комп будет неплох? Можно ли выстроить практический, надежный квантовый комп?
Для вас будет любопытно: Квантовые процессы оказывают воздействие на сознание
Для чего нужен квантовый комп?
Этот исследовательский центр, расположенный в Йорктаун-Хайтс, мало похож на летающую тарелку, как и думало в 1961 году. Он был спроектирован архитектором-неофутуристом Ээро Саариненом и построен во время расцвета IBM как создателя больших мейнфреймов для бизнеса. IBM была наикрупнейшей компьютерной компанией в мире, и за 10 лет строительства исследовательского центра она стала пятой наикрупнейшей компанией в мире, сходу опосля Ford и General Electric.
Хотя коридоры строения глядят на деревню, дизайн такой, что ни в каком из кабинетов снутри нет окон. В одной из таковых комнат и нашелся Чарльз Беннет. На данный момент ему 70, у него огромные белоснежные бакенбарды, он носит темные носки с сандалиями и даже пенал с ручками. В окружении старенькых компьютерных мониторов, хим моделей и, нежданно, маленького диско-шара, он вспоминал рождение квантовых вычислений так, как будто это было вчера.
Когда Беннетт присоединился к IBM в 1972 году, квантовой физике уже было полста лет, но вычисления все еще полагались на традиционную физику и математическую теорию информацию, которую Клод Шеннон разработал в MIT в 1950-х годах. Конкретно Шеннон обусловил количество инфы числом «битов» (этот термин он популяризовал, но не изобрел), нужных для ее хранения. Эти биты, 0 и 1 бинарного кода, легли в базу обычных вычислений.
Спустя год опосля прибытия в Йорктаун-Хайтс Беннетт посодействовал заложить базу для теории квантовой инфы, которая бросила вызов предшествующей. Она употребляет необычное поведение объектов в атомных масштабах. В таковых масштабах частичка может существовать в «суперпозиции» огромного количества состояний (другими словами в огромном количестве позиций) сразу. Две частички также могут «запутываться», так что изменение состояния одной одномоментно отзывается на 2-ой.
С виду это обыденный вычислительный центр.
Беннетт и остальные сообразили, что некие виды вычислений, которые занимают очень много времени либо совершенно невозможны, можно было бы отлично проводить с помощью квантовых явлений. Квантовый комп хранит информацию в квантовых битах, либо кубитах. Кубиты могут существовать в суперпозициях единиц и нулей (1 и 0), и запутанность и интерференцию можно применять для поиска вычислительных решений в большом числе состояний. Ассоциировать квантовые и традиционные компы не совершенно верно, но, выражаясь фигурально, квантовый комп с несколькими сотками кубитов может создавать больше вычислений сразу, чем атомов в известной вселенной.
Подписывайтесь на наш канал в Yandex Дзен. Там можно отыскать много всего увлекательного, что нет даже на нашем веб-сайте.
В летнюю пору 1981 года IBM и MIT организовали знаковое мероприятие под заглавием «1-ая конференция по физике вычислений». Оно проходило в отеле Endicott House, коттедже во французском стиле неподалеку от кампуса MIT.
На фото, которое Беннетт сделал во время конференции, на поляне можно узреть неких из самых влиятельных фигур в истории вычислительной и квантовой физики, включая Конрада Зузе, который разработал 1-ый программируемый комп, и Ричарда Фейнмана, внесшего принципиальный вклад в квантовую теорию. Фейнман держал на конференции главную речь, в какой поднял идею использования квантовых эффектов для вычислений.
«Самый большенный толчок квантовая теория инфы получила от Фейнмана», гласит Беннетт. «Он произнес: природа квантовая, мама ее! Если мы желаем имитировать ее, нам пригодится квантовый комп».
Квантовый комп IBM — один из самых многообещающих из всех имеющихся — размещен прямо по коридору от кабинета Беннетта. Эта машинка создана для сотворения и манипуляции принципиальным элементом квантового компа: кубитами, которые хранят информацию.
Разница меж мечтой и реальностью
Машинка IBM употребляет квантовые явления, которые протекают в сверхпроводящих материалах. К примеру, время от времени ток течет по часовой и против часовой стрелки сразу. Комп IBM употребляет сверхпроводниковые микросхемы, в каких кубит составляют два различных электромагнитных энергетических состояния.
Сверхпроводимый подход имеет массу преимуществ. Аппаратное обеспечение можно создавать с помощью отлично узнаваемых устоявшихся способов, а для управления системой можно применять обыденный комп. Кубиты в сверхпроводящей схеме просто поддаются манипуляции и наименее деликатны, чем отдельные фотоны либо ионы.
В квантовой лаборатории IBM инженеры работают над версией компа с 50 кубитами. Вы сможете запустить симулятор обычного квантового компа на обыкновенном компе, но при 50 кубитах это будет фактически нереально. И это означает, что IBM на теоретическом уровне приближается к точке, за которой квантовый комп сумеет решать задачи, труднодоступные традиционному компу: иными словами, квантовое приемущество.
И все это работает.
Но ученые из IBM произнесут для вас, что квантовое приемущество — это неуловимая теория. Для вас пригодится, чтоб все 50 кубитов работали совершенно, когда в действительности квантовые компы очень мучаются от ошибок. Также неописуемо тяжело поддерживать кубиты в протяжении данного периода времени; они склонны к «декогеренции», другими словами к утрате собственной пикантной квантовой природы, будто бы колечко дыма растворяется при мельчайшем дуновении ветерка. И чем больше кубитов, тем труднее совладать с обеими задачками.
«Если б у вас было 50 либо 100 кубитов и они вправду работали бы довольно отлично, также были стопроцентно избавлены от ошибок, вы могли бы создавать непостижимые вычисления, которые недозволено было бы воспроизвести на хоть какой традиционной машине, ни на данный момент, ни тогда, ни в дальнейшем», гласит Роберт Шелькопф, доктор Йельского института и основоположник компании Quantum Circuits. «Оборотная сторона квантовых вычислений состоит в том, что есть неописуемое число способностей для ошибки».
Чтоб не пропустить ничего увлекательного из мира больших технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много новейшего.
Иная причина для осторожности состоит в том, что не совершенно разумеется, как полезен будет даже совершенно функционирующий квантовый комп. Он не попросту ускоряет решение хоть какой задачки, которую вы ему подбросите. На самом деле, в почти всех родах вычислений он будет несравненно «тупее» традиционных машин. Не настолько не мало алгоритмов было определено к истинному моменту, в каких квантовый комп будет иметь явное преимущество. И даже с ними это преимущество быть может недолговечным. Самый узнаваемый квантовый метод, разработанный Питером Шором из MIT, предназначен для поиска обычных множителей целого числа. Почти все известные криптографические схемы полагаются на тот факт, что этот поиск очень тяжело выполнить обыкновенному компу. Но тайнопись может приспособиться и сделать новейшие виды кода, не полагающиеся на факторизацию.
Вот почему, даже приближаясь к 50-кубитной вехе, исследователи IBM сами пробуют развеять шумиху. За столом в коридоре, который выходит на пышноватый газон снаружи, стоит Джей Гамбетта, высочайший австралиец, изучающий квантовые методы и потенциальные приложения для оборудования IBM. «Мы находимся в неповторимом положении», гласит он, осторожно выбирая слова. «У нас есть это устройство, которое труднее всего, что можно смоделировать на традиционном компе, но оно пока не контролируется с достаточной точностью, чтоб проводить через него известные методы».
Что дает всем айбиэмщикам надежду на то, что даже несовершенный квантовый комп быть может полезным.
Гамбетта и остальные исследователи начали с приложения, которое Фейнман предугадал еще в 1981 году. Хим реакции и характеристики материалов определяются взаимодействиями меж атомами и молекулами. Эти взаимодействия управляются квантовыми явлениями. Квантовый комп может (по последней мере в теории) моделировать их так, как не может обыденный.
В прошедшем году Гамбетта и его коллеги из IBM употребляли семикубитную машинку для моделирования четкой структуры гидрида бериллия. Состоящая всего из 3-х атомов, эта молекула является самой сложной из всех, которые моделировались с применением квантовой системы. В итоге ученые сумеют применять квантовые компы для проектирования действенных солнечных батарей, препаратов либо катализаторов, модифицирующих солнечный свет в незапятнанное горючее.
Эти цели, естественно, еще немыслимо далеки. Но как гласит Гамбетта, ценные результаты можно получить уже из работающих в паре квантового и традиционного компов.
Мечта физика — ужас инженера
«Шумиху подталкивает понимание того, что квантовые вычисления настоящи», гласит Айзек Чуань, доктор MIT. «Это уже не мечта физика — это ужас инженера».
Чуань управлял разработкой самых первых квантовых компов, работая в IBM в Альмадене, Калифорния, в конце 1990-х – начале 2000-х годов. Хотя он больше не работает на их, он также считает, что мы находимся сначала чего-то весьма огромного и что квантовые вычисления в итоге сыграют роль даже в развитии искусственного ума.
Входите в наш особый Telegram-чат. Там постоянно есть с кем обсудить анонсы из мира больших технологий.
Он также подозревает, что революция не начнется, пока новое поколение студентов и взломщиков не начнет играться с практическими машинками. Квантовые компы требуют не только лишь других языков программирования, да и принципно другого метода мышления о программировании. Как гласит Гамбетта, «мы по сути не знаем, что эквивалентно «Привет, мир» на квантовом компе».
Но мы начинаем находить. В 2016 году IBM соединила маленький квантовый комп с облаком. Используя инструмент для программирования QISKit, вы сможете запускать простые программки; тыщи людей, от академиков до школьников, уже делали программки на QISKit, которые обрабатывают обыкновенные квантовые методы. Сейчас Гугл и остальные компании также пробуют вывести квантовые компы в онлайн. Они не способны на почти все, но дают людям возможность прочуять, что такое квантовые вычисления.
