Квантовые вычисления готовятся к своим первым реальным приложениям

Инженеры говорили о квантовых вычислениях - о способности выполнять вычисления на битах, которые показывают квантовую запутанность и, следовательно, потенциально могут включаться и выключаться одновременно - на протяжении десятилетий. В последние годы это обещание стало ближе к реальности в результате разработки систем квантового отжига, подобных системам производства D-Wave, квантовых процессоров общего назначения, разрабатываемых такими компаниями, как IBM и Intel, и попыток создания новых программ. языки, предназначенные для квантовых вычислений.

В начале этого месяца на выставке CES Intel объявила о создании системы с 49 кубитами - или битами, существовавшими в квантовом состоянии - в партнерстве с нидерландской компанией Qutech. Эта новая система, получившая название Tangle Lake, стала большим шагом вперед по сравнению с двумя месяцами назад, когда компания анонсировала 17-кубитную систему.

Но мне было гораздо интереснее увидеть, как IBM демонстрирует прогресс в области квантовых вычислений, поскольку компания недавно анонсировала систему на 50 кубитов, и, что, возможно, еще важнее, имеет некоторые общие устройства квантовых вычислений, которые ее клиенты могут фактически использовать.

На выставке Джефф Уэлсер, вице-президент и директор лаборатории IBM Research Lab в Алмадене (недалеко от Сан-Хосе), представил квантовый компьютер и описал базовую систему. Сам компьютер относительно небольшой, но системы охлаждения, необходимые для его работы, огромны; ему действительно нужна комната, полная холодильных установок, с вакуумными насосами и холодильниками с жидким гелием, чтобы снизить температуру до 10-15 милликельвинов, что холоднее, чем даже в космическом пространстве (в среднем около 3 Кельвинов).

Что действительно доступно разработчикам и исследователям сейчас, так это 16-кубитная версия машины, доступная через веб-сайт, а также 20-кубитовая версия, которую могут использовать конкретные клиенты, включая таких партнеров, как JSR и Hitachi Metals. Эти системы фактически размещены в исследовательском центре IBM в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк. Ожидается, что 50-кубитовая версия будет доступна партнерам в конце этого года.

По словам Уэлсера, важно не только количество кубитов, но и время, в течение которого система находится в «согласованности» для получения результатов. На практике, по его словам, вы выполняете одни и те же вычисления несколько раз и усредняете результаты. Сочетание количества кубитов, числа одновременных запутываний и частоты ошибок создает «квантовый объем», который действительно важен для решения задач.

Уэлсер сказал, что он считает, что с системой 50-100 кубитов пользователи смогут делать то, что невозможно с обычными компьютерами.

По словам Уэлсера, первым реальным применением, вероятно, будет анализ материалов с использованием квантовой химии, и в частности моделирование различных видов полимеров и новых сплавов. Это потому, что вы можете симулировать вес, прочность и другие свойства, что ранее было попыткой, которая требовала много проб и ошибок.

Другие возможные приложения для систем с ограниченным числом кубитов включают глубокое обучение, потому что исправление ошибок не так важно.

Вы часто слышите о том, как квантовые вычисления могут сломать многие современные алгоритмы шифрования. Welser признает, что это может быть так, но сказал, что для этого вам понадобится система на миллион кубитов, то есть это не будет реальной проблемой в течение многих лет. (В то же время, многие организации работают над развертыванием алгоритмов, которые не будут затронуты; надежда состоит в том, что эти новые алгоритмы будут готовы до того, как квантовые компьютеры будут готовы.)

Квантовые вычисления - это не та вещь, которая будет влиять на большинство организаций в течение многих лет, но презентация дала интересный взгляд на некоторые конкретные приложения, которые вскоре станут возможными, а также на возможное будущее для более общих вычислений.

Вот плакат, объясняющий, как работает вся система.