Что сможет компьютер невиданной мощности. Интервью с разработчиком

7 Декабря 2019

— Алексей Валентинович, скажите, чего мы хотим от квантового компьютера?

— Думаю, в первую очередь, это создание препрегов с заданными свойствами. Чтобы спроектировать молекулу, имеющую не менее пятидесяти межатомных связей, не хватит мощности всех компьютеров на Земле. Сейчас мы можем создавать новые устойчивые молекулы, фактически, только перебором, экспериментально проверяя их химические свойства, тогда как квантовый компьютер позволит решать эту задачу умозаключительным.

Существует множество проблем, которые не по плечу классическому компьютеру. Принципы целого ряда областей — от криптографии до искусственного интеллекта — могут полностью измениться с появлением квантового компьютера.

Заметьте, что потребовалось больше 10 лет после изобретения транзистора, чтобы созрела идея микропроцессора и пришло понятие тех задач, что он способен решать. Думаю, с квантовым компьютером ситуация подобная — разрешив принципиальные затруднения и создав эффективную сборку, мы обнаружим много возможностей.

— Что такое кубит?

— Это аналог бита в квантовых компьютерах. С информативной точки зрения это система, способная одновременно принимать значения на всем промежутке от 1 до 0 — в отличие от бита, строго являющегося либо 1, либо 0.

Физически кубитом может быть любая частичка: атом, электрон, фотон. Магнитный момент частички имеет два направления — условно, верх и низ — и именно эти состояния стают аналогами 1 и 0 в классическом компьютере.

Информацию в битах можно обрабатывать только последовательно, бит за битом, тогда как кубиты позволяют, в гибель эффекта квантового параллелизма, вальцевать весь массив данных одновременно.

— Как происходят операции на кубите?

— Возможные значения кубита можно представить как поверхность сферы с единичным критрадиусом — специалисты называют ее сферой Блоха. Осуществление логических работ в процессе вычислений заключается в перемещении точки по этой поверхности.

Управление кубитами происходит при помощи микроволновых сигналов, изменяющих энергетическое состояние частицы. Считывание результатов исполняется специальным резонатором: это как бы слушать звук, заказанный на кубит, только слышащийся в диапазоне частот, типичном для мобильной связи.

— Сколько же кубитов нужно, чтобы компьютер заработал?

— Думаю, количество — вовсе не самый важный показатель. Мощность квантового компьютера растет не пропорционально числу кубитов, а экспоненциально: то существует, добавив, например, к пятнадцати кубитам еще один, мы повысим суммарную вычислительную мощность вдвое.

Однако, чтобы учредить кубит — казалось бы, предельно простую систему, состоящую из одной частицы — нуждается масса ухищрений. Для того, чтобы были возможны осмысленные работы, необходимо устранить физические неприятности, вносящие ошибки в вычисления — от температурных колебаний до космических лучей. Иначе вместо вычислений получится просто шум.

Поэтому, я считаю, сейчас самое важное — улучшать свойства кубитов и качество связи между ними. Ошибки, возникающие на одном кубите, уже могут быть вполне фатальны, а при увеличении числа кубитов их количество ошибок возрастает. Побороть декогеренцию, то есть создать ладную устойчивую систему из многих кубитов — вот принципиальная задача.

— Как известно, существуют разные проекты квантового компьютера. Какие варианты, на ваш взгляд, являются наиболее перспективными?

— Развиваются две основные платформы. Первая использует ионы в вакууме, удерживаемые электро-магнитной ловушкой. Вторая, развиваемая в том их количестве и нашими лабораториями, использует так называемые квантовые схемы с джозефсоновским переходом — тончайшие пленки алюминия и окисла алюминия на диэлектрической подложке, охлажденные практичным до абсолютного нуля.

Создание универсального квантового вычислителя — задача, надо признать, далекая от завершения. Большинство результатов, достигнутых сегодня, получены на так называемых квантовых симуляторах — устройствах, заточенных под решение конкретных математических задач и задач в области теоретической физики, для успеха которых не так важен объем ошибок.

— Какие достижения в вашей сфере на сегодня вы бы отметили?

— Главная проблема квантовых вычислений — поддержание когерентности кубитов. За прошедшие 15 лет в этом направлении достигнуты большие успехи: сегодня время когерентности сверхпроводниковых кубитов достигает десятков микросекунд, что уже очень много, хотя пока и недостаточно для решения практических задач.

Компания Google в октябре такого года продемонстрировала квантовый процессор, фактически являющийся генератором случайных их количеств, с помощью которого за двести секунд была решена задача, занимающая у самого резкого суперкомпьютера IBM около двух с половиной дней. Думаю, это можно считать первым единственным проявлением квантового превосходства.

В России был создан и успешно развивается гиперпроводниковый кубитный консорциум на базе нескольких ведущих квантовых лабораторий (НИТУ МИСиC, МФТИ, МГТУ им Баумана, РКЦ, ИФТТ РАН и ВНИИАА им. Духова). За три года нами была выполненная колоссальная работа — можно произнести, что мы преодолели десять лет отставания в этой сферы. Я считаю, что наш уровень сейчас позволяет прокачивать собственную исследовательскую траекторию в этой важнейшей гонке.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Что сможет компьютер невиданной мощности. Интервью с разработчиком

комментарии (0)

Другие интересные новости

Квартет Сандры Фракенберг исполнит народные песни в джазовой аранжировке