В течение следующих пяти лет Google создаст работоспособный квантовый компьютер. Такую планку установила себе сама компания. В конце позапрошлой недели на страницах Nature исследователи лаборатории квантового ИИ Google поведали миру, что машина, оперирующая почти магическими основами квантовой механики, вскоре превзойдет традиционные компьютеры в выполнении определенных задач. Они сказали, что эта долгожданная технология, помимо всего прочего, улучшит искусственный интеллект, который уже меняет технологический мир. «Область квантовых вычислений в ближайшее время достигнет определенной исторической вехи», — пишет команда, называя эту веху «квантовым превосходством».
В то же время IBM устанавливает для себя собственную планку. На прошлой неделе компания объявила о планах коммерческих поставок квантовых машины на предприятия и в научно-исследовательские организации в течение года. Эти машины не несут никакого квантового превосходства, то есть они не превосходят производительность традиционных машин. Но так же, как и Google, IBM утверждает, что достигнет этого порога в течение следующих нескольких лет. «Мы приближаемся к ключевому моменту,» говорит вице-президент исследовательского направления IBM Дарио Гилл.
Не случайно, что два этих анонса появились практически одновременно. По-настоящему квантовый компьютер все еще не создан. «Сегодня пока невозможно какое-либо практическое применение,» говорит Грегуар Риборди, основатель и генеральный директор компании в области квантовой кибербезопасности ID Quantique. Но крупнейшие в мире технологические компании уже вступили в борьбу за коммерческое превосходство, поскольку уверены в скором прорыве на ниве квантовых вычислений. И Google и IBM сейчас говорят, что откроют доступ к по-настоящему квантовым вычислениям через Интернет (называя их квантовыми облачными вычислениями). Microsoft недавно приняла в компанию ряд известных исследователей в целях приложения свои собственных усилий по созданию квантового компьютера. А в Китае, интернет-гигант Alibaba объединился с Китайской академией наук, чтобы построить квантовую вычислительную лабораторию. В то же время, различные организации (в том числе Google) изучают потенциал коммерческой машины от D-Wave, которая использует более непосредственный, но менее мощный подход к этой проблеме.
«Это смелое заявление IBM», говорит физик и исследователь квантовых вычислений MIT Айк Чжуан, который планирует использовать в коммерческих целях менее мощный вариант квантового компьютера от IBM. «Оно свидетельствует о наличии уверенности в том, что квантовые вычисления могут приносить доход.» Но после многих лет разработки квантовых технологий IBM также старается уберечь свои квантовые наработки от попытки Google их присвоить. Пока не ясно смогут ли обе компании сдержать свои обещания. Будущее квантовых вычислений, как и само квантовое состояние, непредсказуемо.
Большой эксперимент
Обещание квантовых вычислений — событие само по себе грандиозное. В долгосрочной перспективе, по мнению некоторых теоретиков, квантовые компьютеры смогут взломать шифрование, используемое в настоящее время для защиты персональных данных. В ближайшее же время, полагают исследователи, квантовые машины смогут не только ускорить ход машинного обучения, но и значительно улучшить разработку новых лекарственных средств, оптимизировать наши финансовые рынки и даже решить проблемы дорожного движения.
Классический компьютер — это компьютер, подобный тому, что стоит на вашем рабочем столе, и состоящий из крошечных транзисторов. Каждый из этих транзисторов, может принимать состояние, соответствующее одному биту информации: 1 или 0. Но квантовый компьютер полностью меняет существующую парадигму. Суперпозиция, свойство, присущее электронам, фотонам и другим элементам квантовых систем, обуславливает возможность существования двух взаимоисключающих, но все же существующих одновременно состояний кубита. Он является одновременно и 1, и 0. В свою очередь, два кубита могут содержать сразу четыре значения: 00, 01, 10 и 11. Пришедшие из области теоретических крайностей, в нашем распоряжении теперь есть экспоненциально более мощные машины.
Эти принципы бросают вызов классической логике. Идея квантового компьютера впервые была предложена в 1980-х годах и даже сейчас она лишь начинает обретать какие-то реальные формы. Парадоксальная проблема: как только вы попытаетесь проверить состояние системы в суперпозиции, она декогерирует. Вместо того, чтобы содержать одновременно 1 и 0, она содержит лишь 1 или 0, как классическая машина. Для того, чтобы построить работоспособный квантовый компьютер, исследователи должны каким-то образом использовать вероятность того, что он будет декогерировать в определенном состоянии.
И Google, и IBM пытаются это сделать. IBM использует технологию размещения сверхпроводящих цепей в криогенной среде. Деликатный процесс, который требует крайней осторожности. Поэтому предполагается, что физически такие компьютеры будут оставаться в распоряжении IBM и находиться в Нью-Йорке, а воспользоваться их ресурсами можно будет удаленно через интернет. В своей статье в Nature, исследователи Google говорят, что у компании похожий план — доступ к квантовым процессорам будет организован через облако в калифорнийском университете, Санта-Барбара.
IBM предполагает, что его клиентами будут в основном ученые и крупные компании, которые будут использовать квантовый компьютер в основном в исследовательских целях. Как и Google, компания позиционирует облако, как способ ускорения роста квантовых вычислений. Но она также хочет заработать на этом деньги. Каким образом будет взиматься плата, IBM пока не решило. Можно было бы продавать эти компьютеры или сдавать их в аренду. Вероятнее всего, это будет плата за доступ, как в случае с облачными вычислениями. Но главная идея состоит в регулярном обновлении аппаратной части компьютеров по мере развития технологии. «Мы не просто хотим строить эти машины,» говорит Джерри Чоу, бывший исследователь Йельского университета, который курирует изучение квантовых вычислений IBM. «Мы хотим создать структуру, которая позволит людям использовать их.»
В течение следующих нескольких лет, IBM надеется увеличить мощность этих машин до 50 кубитов, выйдя далеко за пределы 5-кубитовых машин, предлагаемых к использованию через интернет сейчас (бесплатно). Квантовый компьютер мощностью 50 кубитов, по мнению IBM, будет обрабатывать определенные задачи лучше, чем классические системы. Как и Google, IBM предполагает, что в качестве возможного варианта использования выступит химическое моделирование, которое будет способствовать ускорению процесса открытия новых лекарств. В то же время, способность квантового компьютера управлять оптимизацией и выявлением проблем может значительно улучшить машинное обучение и финансовую торговлю, а также решать наиболее сложные проблемы дорожного движения. Когда все эти беспилотные автомобили выкатятся на дороги, квантовые компьютеры могут помочь гарантировать эффективный трафик.
Но все эти улучшенные квантовые системы по-прежнему будут нуждаться в «исправлении ошибок». Это означает, что полной уверенности в том, что они делают, у нас не будет. Впрочем, исследователи говорят, что успех без ошибок невозможен. Google сравнивает эту ситуацию с развитием в настоящее время глубоких нейронных сетей, сложных математических систем, которые изучают отдельные задачи, такие как распознавание образов и машинного перевода путем анализа больших объемов данных. Эти системы тоже делают ошибки, и трудно полностью понять, как и почему они работают. И все же они оказались чрезвычайно эффективными во всем, начиная с распознавания образов, заканчивая комплексными играми. «Отсутствие теоретических гарантий в квантовых вычислениях», -по мнению Google. — «не исключают успеха.» Google и IBM говорят много, но не без неопределенности.
