Самый мощный компьютер в мире

IBM и Google разрабатывают квантовые вычислительные системы с сотнями тысяч и миллионами кубитов. Ожидается, что работа будет завершена в течение следующих 10 лет.

Квантовый компьютер IBM. Фото: IBM

В конце прошлого года IBM установила рекорд по самому большому квантовому компьютеру с процессором из 433 квантовых битов, или кубитов, единиц квантовой обработки информации. На саммите G7 компания объявила о более масштабной цели: завершить создание компьютера на 100 000 кубитов в течение следующих 10 лет.

Компания IBM заявила, что потратит 100 миллионов долларов на создание суперкомпьютера, способного решать задачи, которые не может решить ни один другой суперкомпьютер. Идея IBM состоит в том, чтобы использовать этот 100 000-кубитный компьютер в сочетании с лучшими суперкомпьютерами для создания новых лекарств, новых удобрений, новых аккумуляторных составов и множества других приложений.

Квантовые вычисления обрабатывают информацию, используя свойства элементарных частиц. Электроны, атомы и малые молекулы могут существовать в нескольких энергетических состояниях одновременно; это явление известно как принцип суперпозиции, а состояния частиц могут быть связаны между собой. Каждый кубит может существовать в состояниях 0 и 1 одновременно, а не 0 или 1, как обычный компьютерный бит, поэтому он может выполнять несколько вычислений одновременно.

Квантовый компьютер на миллион кубитов

Несмотря на свои обещания, квантовые компьютеры пока не сделали ничего полезного, чего не могут сделать обычные суперкомпьютеры. Причина в том, что у них недостаточно кубитов, а квантовые вычислительные системы легко нарушаются из-за небольших помех, называемых шумом.

Исследователи прогнозируют, что квантовым вычислительным системам придется значительно масштабироваться, чтобы они могли выделять большую часть кубитов на исправление ошибок, вызванных шумом.

Таким образом, количество кубитов само по себе не отражает возможности квантового компьютера. Конкретные детали того, как устроены кубиты, как исправляются ошибки, вызванные шумом, и как они работают на практике, еще предстоит определить.

Самый мощный компьютер в мире

Google заявляет, что в этом десятилетии разработает квантовый компьютер на миллион кубитов. Фото: Рейтер

IBM — не единственная компания, стремящаяся к большему. Google заявляет, что к концу десятилетия хочет создать квантовый компьютер на миллион кубитов, при этом всего 10 000 кубитов будут использоваться для вычислений, а остальные — для исправления ошибок.

IonQ планирует к 2028 году создать 1024 «логических кубита», каждый из которых будет состоять из схемы коррекции ошибок из 13 физических кубитов. PsiQuantum, как и Google, также стремится создать квантовый компьютер с миллионом кубитов, но не раскрывает сроки или конфигурации коррекции ошибок.

Гарантии успеха нет.

В настоящее время кубиты IBM изготавливаются из сверхпроводящих металлических колец, которые напоминают атомы при работе при температурах милликельвина, что немного выше абсолютного нуля, или -273 градуса по Цельсию. IBM утверждает, что при использовании современных технологий кубиты такого типа можно масштабировать только до 5000 кубитов, что недостаточно для обеспечения существенного вычислительного преимущества.

В настоящее время для работы каждого сверхпроводящего кубита IBM требуется около 65 Вт. При 100 000 кубитах для питания компьютера потребовалась бы атомная электростанция и миллиарды долларов на его разработку. Джей Гамбетта, вице-президент подразделения квантовых вычислений IBM, сообщил, что компания планирует использовать технологию «комплементарных металлооксидных полупроводников» (КМОП), которую можно будет устанавливать рядом с кубитами, чтобы управлять ими, потребляя всего несколько десятков милливатт мощности.

Гамбетта признает, что КМОП все еще находится на экспериментальной стадии, и технологий, необходимых для квантовых суперкомпьютеров, пока не существует.

Нет никаких гарантий, что 100 миллионов долларов, потраченных на этот проект, будет достаточно для создания компьютера на 100 000 кубитов. «Риски определенно есть», — сказал Гамбетта.

«Это не будет абсолютно гладким путешествием», — сказал Джо Фицсаймонс, генеральный директор Horizon Quantum, сингапурского разработчика квантового программного обеспечения.

Фицсаймонс отметил, что план IBM кажется разумным, хотя существует множество потенциальных препятствий. «В таких масштабах будет очень сложно разработать системы управления, которые могли бы эффективно управлять таким большим количеством кубитов», — сказал эксперт.

По словам Зинга

Источник