Возможно ли создание квантового компьютера? Ученые говорят, что нет
Многим из вас известно, что осенью 2019 года компании Google и IBM начали вести между собой настоящее противостояние: когда представители Google заявили о своем “квантовом превосходстве” ввиду успешно завершенного квантового вычисления, компания IBM неожиданно подхватила эстафету, продемонстрировав способность их нового суперкомпьютера выполнять вычисления почти с той же скоростью и с гораздо большей точностью, чем квантовый компьютер Google. Это был не первый случай, когда кто-то усомнился в квантовых вычислениях. В прошлом году Мишель Дьяконов, физик-теоретик из Университета Монпелье во Франции, предложил множество теоретических причин, согласно которым удобные для практического использования квантовые суперкомпьютеры так никогда и не будут построены. Так как же понять, кто прав, а кто нет?
Почему создание суперкомпьютеров может оказаться под угрозой?
Квантовый компьютер — чрезвычайно полезное изобретение при создании искусственного интеллекта будущего, новых методов криптографии и даже новых типов аккумуляторных батарей. Несмотря на всю универсальность своего применения, устройство может так никогда и не заработать в полную силу. К столь мало обнадеживающим выводам пришел французский исследователь Мишель Дьяконов, который на протяжении многих лет работал над реализацией квантовых вычислений. Ученый считает, что из-за неизбежности случайных ошибок в аппаратном обеспечении устройства, по-настоящему полезные квантовые компьютеры вряд ли когда-либо будут построены.
Для того, чтобы понять, почему создание суперкомпьютеров нового поколения может оказаться под угрозой, нам прежде всего следует разобраться в принципах работы данного вычислительного устройства. Согласно статье, опубликованной на портале theconversation.com, современные компьютеры работают на принципе двоичного кода при хранении данных, в то время как уже созданные квантовые устройства используют систему квантовых битов или кубитов.
Кубиты обладают особыми свойствами: они могут существовать в суперпозиции, являясь одновременно и нулем, и единицей, при этом будучи запутанными между собой даже в том случае, если они находятся на значительном расстоянии друг от друга. Столь необычное поведение не связывается с миром классической физики, так как суперпозиция мгновенно исчезает тогда, когда экспериментатор взаимодействует с квантовым состоянием.
Благодаря суперпозиции, квантовый компьютер со 100 кубитами может одновременно представлять 2100 решений. Для некоторых задач этот экспоненциальный параллелизм может быть использован для создания огромного преимущества в скорости вычислений. Вместе с тем, существует и другой, более узкий подход к квантовым вычислениям, при котором кубиты используются для ускорения задач оптимизации. Так, компания D-Wave Systems, базирующаяся в Канаде, построила системы оптимизации, которые используют кубиты именно для этой цели, хотя некоторые критики утверждают, что полученные в результате системы работают не лучше классических компьютеров.
Несмотря на это, компании и страны вкладывают огромные суммы денег в квантовые вычисления. Известно, что Китай построил новый центр квантовых исследований стоимостью 10 миллиардов долларов США, а Европейский Союз разработал генеральный план квантовых исследований на сумму 1 миллиард евро или 1,1 миллиарда долларов. Новый закон о национальной квантовой инициативе Соединенных Штатов предусматривает выделение 1,2 млрд. долларов США на развитие квантовой информатики в течение пятилетнего периода.
Возможность взлома алгоритмов шифрования является мощным мотивирующим фактором для многих стран мира. Так, знание систем шифрования противника могло бы дать огромное преимущество в разведке, одновременно с этим способствуя проведению новых фундаментальных исследований в области физики, так как современные экспериментальные системы имеют в своем распоряжении лишь менее 100 кубитов. Для достижения полезной вычислительной производительности суперкомпьютера нам, вероятно, понадобятся машины с сотнями тысяч кубитов. Для того, чтобы устройства функционировали правильно, они должны исправлять все мелкие случайные ошибки в программном обеспечении. В квантовом компьютере такие ошибки возникают из-за неидеальных элементов схемы и взаимодействия кубитов с окружающей их средой. По этим причинам кубиты могут потерять когерентность буквально за долю секунды, что может привести к ошибочным результатам работы компьютера.
Иными словами, хотя квантовые суперкомпьютеры и имеют право на существование, правильность их вычислений может попасть под большой вопрос.