Все чаще в новостной ленте встречаются упоминания квантового компьютера. Технологию развивают ученые по всему миру. Она может стать началом нового этапа в развитии технологий. В будущем задачу, на которую у суперкомпьютера уходит несколько лет, квантовый аналог решит за пару минут. Но как работает квантовый компьютер и каковы его перспективы? Последние новости о разработке собраны в этой статье.
Что такое квантовый компьютер
В первую очередь стоит определить, чем квантовые компьютеры отличаются от обычных. На привычных устройствах данные хранятся в битах, минимальной единице измерения информации. Любые данные поступают в виде двоичного кода. В случае с квантовыми компьютерами речь идет о кубитах. Аппаратам не приходится перебирать множественные варианты. Анализ производится мгновенно.
Кубиты имеют два состояния: суперпозиция и запутанность. В первом случае возможна любая линейная комбинация элементов. Запутанные кубиты в свою очередь образуют систему. Все ее составляющие взаимно влияют друг на друга. Измерив один кубит, можно сделать выводы о всех оставшихся. Это в разы повышает скорость вычисления.
Квантовый компьютер задействует принцип вероятности. Устройство мгновенно анализирует все предполагаемые сочетания. Истинным становится наиболее реалистичное решение. Чаще всего оно и оказывается лучшим выбором.
Отсюда возникает теория квантового производства. Вычислительная способность аппарата на кубитах в сотни раз превышает возможности обычного устройства. Ученые уверены, что вскоре квантовый компьютер превзойдет даже мощнейшие суперкомпьютеры. Пока что это остается только теорией. На деле технология все еще содержит изъяны. Точность компьютеров не исключает возможные ошибки. Исследователи работают над созданием универсального алгоритма пресечения неточностей.
Создание квантового компьютера началось в 1998-м году. В первую очередь им оснастили университеты, лаборатории и центры исследований. Спустя двадцать лет IBM смогли использовать квантовый компьютер через облачную базу. Эта опция поддерживается до сих пор. Облачные вычисления имеют непосредственный доступ к процессорам. Это также ускоряет передачу данных.
Разработка может получить широкое распространение в повседневной жизни. Это решит ряд проблем в сферах здравоохранения, экономики и дешифровки. Квантовые компьютеры способны выстраивать наиболее удобные маршруты. Из всех вероятных путей устройства выбирают кратчайший. Это можно использовать для навигации и транспортировки грузов.
Устройство также ускорит вычисления в областях фармацевтики, климата, финансов и не только. Самые серьезные вопросы человечества могут получить оптимальные решения. Квантовому компьютеру под силу дешифровать самые сложные коды.
Разработкой занимаются крупнейшие мировые компании, в том числе Intel, Google и IBM.
Логический кубит для вычисления ошибок
На днях ученые из Университета Дьюка представили свое открытие в области квантовых технологий. Они научили компьютер исправлять логические ошибки. Точность вычислений составила больше девяноста девяти процентов.
Квантовые компьютеры не вошли в обиход из-за частотности ошибок. Ученые долго не могли организовать систему исправления неточностей. Вычисления оказывались не готовыми к практическому применению. Это вдохновило американскую команду работать в новом направлении. Ученые решили научить компьютер самостоятельно исправлять ошибки.
Для этого они сложили несколько кубитов в общий логический кубит. Он не просто обнаруживает и исправляет недочеты. Он пресекает их дальнейшее повторение и распространение. Благодаря этому можно перестать опасаться сбоев системы.
Исследования показали надежность логического кубита. Точность его измерения на одну вторую процента выше, чем у других алгоритмов. Это приближает истинность ответа практически к стопроцентному значению.
Если разработка получит широкое распространение, квантовые компьютеры станут доступны для повсеместного использования.
Идеальное решение
Toyota не теряет времени и уже готова использовать квантовый компьютер. Машины все еще плохо программируют. Зато в работе с химическими процессами им нет равных. Поэтому Toyota c объединением QunaSys разработают на квантовом компьютере материалы для аккумуляторов.
Устройство должно смодулировать материал с идеальными свойствами. В основе исследования лежит теория электронной плотности Шредингера. Она рассматривает плотное тело как взаимодействие электронов в решетке атомных ядер. Простыми словами, компьютер воссоздаст электронную структуру материала. С задачей он справится в разы быстрее и точнее, чем суперкомпьютер. С ходом времени разработчики надеются снизить количество ошибок в вычислениях.
В случае успеха будет решена проблема разработки аккумуляторов для электромобилей. Даже лучшие аккумуляторы показывают относительно низкие результаты. Они огнеопасны, быстро выходят из строя и недешево обходятся владельцам. С квантовым компьютером проблема может быть решена.
В эксперименте используется квантовый компьютер Q System One от IBM.
Квантовый компьютер на классической архитектуре
Ученые из Университета Париж-Сакле тоже работают над усовершенствованием технологии. Команда решила разделить квантовый компьютер на процессор и блок памяти. Иными словами, устройство аппарата повторяет классическую архитектуру. Так исследователи надеются сократить количество используемых в вычислениях кубитов.
Производительность разделенной системы сопоставили с типичным квантовым компьютером. Тестовым испытанием стал поиск множителей RSA-чисел. Обычный квантовый компьютер прошел челлендж за восемь часов. Для этого ему потребовалось двадцать миллионов кубитов.
Разделенная система представляет собой аппарат для вычислений из двухмерной сетки. Оно присоединяется к квантовой памяти. Для разложения RSA-числа такому аппарату потребовалось всего тринадцать тысяч кубитов. Но на решение задачи ушло сто семьдесят семь дней.
И все-таки ученые считают свою разработку перспективной. Большое количество кубитов усложняет реализацию квантового компьютера. Новое устройство более простое в производстве. Оно также оказалось устойчивее против ошибок.
Пока что это только проект. Первые результаты исследования были опубликованы 12-го ноября.
Больше — лучше
Эффективность классической архитектуры все еще не доказана. И другие команды ученых намерены наращивать кубитный объем.
Юлихский исследовательский центр объявил о подготовке нового адиабатического компьютера. В его основе будут использоваться сто пятьдесят кубитов. В разработке примет участие французская команда Pasqal.
Адиабатический компьютер, или «квантовый отжигатель», может использовать несколько сотен кубитов. Это позволит ему решать сложнейшие задачи. Разработчики из Pasqal уверены, что устройство в сто пятьдесят кубитов позволит достигнуть «квантового превосходства».
Это будет прорывом для стран Европы. Тем временем китайские исследователи уже объявили о новом достижении. Ученые Научно-исследовательского университета Китая разработали два вычислительных устройства на фотонах. Они справляются с задачами в двадцать четыре раза быстрее, чем суперкомпьютер.
Лидеры ниши, компания IBM, тоже не остаются в стороне. Разработчики анонсировали чип Eagle на сто двадцать семь кубитов. В 2023-м году компания намерена запустить квантовую систему на его основе. Она превзойдет производительность классических современных компьютеров. Обычные ПК все еще справляются с базовыми задачами лучше, чем квантовые. IBM намерены исправить это.
Внедрение квантовых компьютеров окажет влияние на все сферы человеческой жизни. В том числе технология поспособствует развитию искусственного интеллекта. Пока что остается слишком много проблем, которые ученым надо решить. Разработчики уверены, что для этого потребуется около десяти лет. Но не исключено, что скоро станет известно об открытии, которое изменит все.
