Насколько мы близки к созданию квантового компьютера?

Глава отдела квантовых вычислений компании Intel рассуждает о вызовах, которые ставит перед нами изобретение алгоритмов, программного обеспечения и всего, что необходимо для работы пока несуществующей технологии.

Гонка по созданию первого в мире полноценного квантового компьютера в разгаре — того самого, который даст давно обещанную способность технологий помогать ученым. Например, в изобретении удивительных материалов, почти безопасном кодировании данных и точном предсказании перемен климата на Земле. Такую машину мы получим не раньше чем через десятилетие. Но IBM, Microsoft, Google, Intel и другие тяжеловесы в области технологий без передышки расхваливают каждый крошечный шаг на пути к ее созданию. Почти каждый этап — снабжение микросхемы процессора все большим количеством кубитов (базовых единиц информации в квантовом компьютере). Однако на дороге к квантовым вычислениям скрывается куда больше сложностей, чем непокорные субатомные частицы.

Кубит может одновременно быть 0 и 1 — это уникальный квантовый феномен, известный физикам как суперпозиция. Он позволяет параллельно осуществлять огромное количество расчетов, значительно увеличивая вычислительную скорость и мощность. При этом существуют разные типы единиц. Так, в программируемой кремниевой квантовой микросхеме бит является 1 или 0 в зависимости от направления, в котором вращается его электрон. Однако квантовые биты печально известны своей хрупкостью: чтобы оставаться стабильными, некоторым из них необходимо работать при температуре, близкой к абсолютному нулю (–237,2°C).

Популярная метафора для сопоставления двух типов бита — это монета. В обычном компьютерном процессоре транзистор направлен либо вверх, либо вниз — орел или решка. Но если я спрошу вас, какой стороной обращена к вам монета в момент вращения, вы ответите, что обеими.

На этом основан принцип квантового компьютера. Вместо обычного бита, который соответствует 0 или 1, у вас есть квантовый бит — одновременно он и 0, и 1, — до тех пор, пока не прекратит вращение и не придет в состояние покоя.

Реальность такова, что монеты, или кубиты, в конце концов перестают вращаться и падают определенным образом, будь то орел или решка. Цель нашей работы над квантовым вычислением — сохранить их кручение на долгое время.

Вообразите, что на столе вертится монета и кто–то потрясет этот стол. Монета упадет. Шум, перепад температуры или колебание электрических величин — все это может прервать осуществляемую кубитом операцию и привести к потере данных. Один из способов стабилизировать некоторые типы кубитов — держать их в холоде. Они работают в холодильной камере на смеси криогенных веществ. Эта камера — цилиндр объемом 210 л, в котором содержится изотоп гелия для охлаждения кубитов до температуры почти абсолютного нуля.

Люди думают, что квантовые компьютеры ждут нас чуть ли не завтра, но история показывает, что такие технологические прорывы требуют времени. Если через 10 лет у нас будет квантовый компьютер с несколькими тысячами кубитов, это однозначно изменит мир — подобно тому, как изменил его первый микропроцессор. Вместе с коллегами мы по–прежнему утверждаем, что это случится через 10 лет.

Некоторые говорят, что нас отделяют от этого всего 3 года, но я уверен: они не понимают, насколько сложна эта технология.