«Первый полет в космос» для сферы IT: что такое «квантовое превосходство», о котором объявил Google
На этой неделе в научном журнале Nature появилась статья под скромным заголовком «Квантовое превосходство с помощью программируемого сверхпроводящего процессора». Речь идет о важной вехе развития как индустрии квантовых вычислений, так и, в частности, самой компании Google. В статье говорится о том, что квантовый компьютер впервые решил задачу значительно быстрее, чем классический компьютер.
Глава Google Сундар Пичаи сравнил достижение квантового превосходства с первым полетом в космос. «Это напоминает тот момент, когда первая ракета успешно преодолела гравитационное притяжение Земли и вышла в космос. Вот что это событие представляет собой для мира квантовых вычислений: момент, полный возможностей», — написал CEO компании в блоге.
Google удалось достичь подобных успехов с помощью нового 54-кубитного квантового процессора Sycamore, построенного на базе сверхпроводящих кубитов. Он использует принцип квантовой механики под названием «когерентная суперпозиция». Это означает следующее: если классический бит может находиться строго в одном из двух логических состояний (только 0 или только 1), то кубит может находиться одновременно в обоих состояниях. Комбинация из 54 кубитов, использованная в Sycamore, принимает одновременно 253, то есть около квадриллиона состояний. Именно это (в теории) позволяет квантовому компьютеру решать определенные виды задач быстрее, чем это делают классические компьютеры.
Проблема заключается в том, что поддержание состояния когерентности — это очень сложный процесс. Даже небольшие изменения внешней среды могут повлиять на него. Любые помехи ведут к проблемам при квантовых вычислениях. Именно поэтому Google, IBM и другие компании создали квантовые процессоры, которые работают с использованием сверхпроводников, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю, чтобы сохранить это хрупкое свойство.
В эксперименте, которому была посвящена статья в Nature, исследователи Google смогли использовать 53 кубита квантового процессора Sycamore для обнаружения закономерностей в больших и, казалось бы, случайных числах. Квантовый компьютер смог решить эту задачу примерно за 3 минуты 20 секунд. Команда исследователей подсчитала, что на решение этой задачи обычному компьютеру понадобилось бы 10 000 лет.
Представители IBM, главного конкурента Google в индустрии квантовых вычислений, раскритиковали эксперимент. Они написали в блоге, что, по оценкам команды IBM, классический компьютер «смог бы справиться с этой задачей за 2,5 дня, причем с гораздо более высокой степенью надежности».
Конкуренция на рынке
Сейчас на разработку квантовых компьютеров тратится много усилий и денег. Это делается по нескольким причинам. Самая важная из них заключается в том, что один из основополагающих принципов развития технологической отрасли, известный как закон Мура, теряет свою актуальность. Постоянное увеличение вычислительной мощности в какой-то момент станет невозможным с точки зрения физики. Кроме того, замедление аппаратных возможностей может свести на нет попытки внедрить инновации в программное обеспечение.
Здесь нам на помощь приходят квантовые вычисления. В отличие от обычных компьютеров квантовые процессоры гораздо быстрее справляются с тремя очень важными для бизнеса видами задач: с оптимизацией логистики (например, при создании идеальных маршрутов доставки), с химическим моделированием (которое может ускорить разработку лекарств в фармацевтической индустрии) и созданием некоторых приложений для машинного обучения.
В статье команды исследователей Google, конечно, говорится о достижении квантового превосходства и о новой важной технологической вехе. Тем не менее, у Google есть много конкурентов, готовых вывести квантовые компьютеры на рынок. Так, ранее на этой неделе компания IonQ объявила о привлечении $55 млн от Samsung и других компаний. Эти деньги будут направлены на ускорение процесса разработки квантового процессора, который сможет работать при комнатной температуре.
Новый процессор будет более прост в использовании, что приведет к снижению доли ошибок при вычислениях. Несмотря на то что IonQ все еще отстает с точки зрения производства процессоров с таким большим числом кубитов, как у Google, гендиректор IonQ Питер Чэпмен настроен более чем оптимистично. Он отмечает, что IonQ планирует «ежегодно удваивать количество производимых процессоров». По его словам, в первом квартале 2020 года клиенты также смогут воспользоваться квантовым облаком, разработанным компанией специально для процессоров IonQ.
Еще один конкурент Google — это IBM, представители которой в прошлом месяце объявили об открытии центра квантовых вычислений в городе Поукипзи, штат Нью-Йорк. Этот центр будет использоваться для поддержки квантового облачного сервиса Q Network. С его помощью корпоративные клиенты и производители программного обеспечения уже разрабатывают программы, которые пригодятся миру, когда квантовые компьютеры наконец полностью раскроют свой потенциал.
Тем не менее, рассказывая в блоге о достижениях Google, глава компании Сундар Пичаи практически не упоминал конкурентов. Он уделил большее внимание развитию квантовых технологий. «Я в восторге от того, что квантовые вычисления могут принести Google и всему миру. К тому же мне нравится сама суть этой технологии. Каждый может проследить прогресс от первых компьютеров 1950-х годов до сегодняшних достижений в области технологий искусственного интеллекта, которые помогают людям в повседневной жизни», — подчеркнул он.
Сокращенный перевод Полины Шеноевой