Давид Кастельвеккі

Квантовий комп’ютинг розглядають, причому вже давно, як одну з тих технологій, чекати на яку доведеться ще так років із двадцять. Але 2017 р. має всі шанси стати роком прориву. Комп’ютерні гіганти Google та Microsoft найняли технічні світила і поставили на цей рік амбітні цілі. Їхні амбіції віддзеркалюють тенденцію, яка сьогодні актуальна як для стартапів, так і для дослідницьких лабораторій, і полягає в переході від чистої науки до інженерних розробок. «Люди почали будувати по-справжньому робочі машини. Я раніше такого не бачив. Це вже не є чиста наука», – каже фізик з Університету Меріленда і співзасновник стартапу IonQ Крістофер Монро.

 

Google розпочав роботу над різновидом надпровідникової квантово-обчислювальної машини у 2014 р. У планах компанії – провести найближчим часом (цьогоріч або на початку наступного) обчислення, яке виходить далеко за межі можливостей класичних комп’ютерів (навіть найпотужніших з них). Її конкурент – Microsoft – б’ється над інтригуючою, але ще неперевіреною ідеєю топологічного квантового комп’ютингу і прагне продемонструвати її успішність.

 

Стартапи, які розробляють квантові комп’ютери, також активно «розігріваються». Крістофер Монро планує запросити у свою IonQ активних і відданих науковців та інженерів. А співзасновник стартапу Quantum Circuits, фізик з Єльського університету Роберт Шулькопф та колишній фізик IBM Чед Ріґетті, який заснував компанію Rigetti в Берклі (Каліфорнія), кажуть, що у 2017 р. планують досягти важливих технологічних рубежів.

 

В академічних лабораторіях панують такі самі почуття. «Ми вже перевірили усі функції та компоненти, які нам потрібні», – каже Шулькопф, який продовжує керувати групою, що планує створити функціональний квантовий комп’ютер у Єльському університеті. Хоча для того, щоб компоненти квантового комп’ютера заставити разом успішно працювати ще потрібно провести кілька експериментів, найбільші виклики нині стоять вже не перед теоретиками, а перед інженерами. Квантовий комп’ютер з найбільшою кількістю кубітів – 20 – тестують в академічній лабораторії Університету Інсбрука (Австрія) під керівництвом Райнера Блатта.

 

Класичні комп’ютери закодовують інформацію в біти, які можуть перебувати в одному з двох станів (1 або 0). Квантові біти – кубіти – можуть бути в суперпозиції у двох цих станах одночасно. Це, а також така властивість квантових систем, як сплутаність, дозволяють квантовим комп’ютерам проводити кілька обчислень одночасно. Кількість таких обчислень теоретично має подвоюватися з кожним додатковим кубітом, що веде до експоненційного зростання швидкості.

 

Така швидкість має дозволити квантовим комп’ютерам виконувати недосяжні для класичних комп’ютерів завдання, зокрема опрацьовувати дуже великі бази даних та проводити математичні операції з дуже великими числами. Такі машини обіцяють бути дуже корисними для хіміків, оскільки дозволяють здійснити квантове моделювання хімічних реакцій та зрозуміти їх механізми аж до найменших деталей.

 

Існує кілька альернативних підходів до технології квантового комп’ютингу, серед яких є два безумовних лідери. Один з них, піонером якого був Шулькопф та який перейняли Google, IBM, Rigetti та Quantum Circuits, ґрунтується на закодовуванні квантових станів як коливальних струмів у надпровідникових контурах. Інший, який апробовують IonQ та кілька академічних лабораторій, закодовує кубіти в окремі  іони, які утримують електромагнітним полем у вакуумних пастках. 

 

Microsoft тим часом працює над технологією, яка на практиці показала себе найменше з усіх, але потенційно може бути дуже успішною. В основі т. зв. «топологічного квантового комп’ютингу» лежить принцип збуджень матерії, що закодовують інформацію у закручені структури, які нагадують коси. Інформація, збережена в таких кубітах, має бути набагато стійкішою до зовнішніх збуджень, а також легше піддаватись корекції помилок.

 

Ніхто ще не зміг отримати таких структур, не кажучи вже про топологічні кубіти, але Microsoft найняла провідних спеціалістів у цій галузі, зокрема Лео Кувенховена з Делфтського університету в Нідерландах, який в лабораторії створив те, що нагадує правильний тип збудження. «Я говорю своїм студентам, що 2017 р. стане роком заплітання кіс», – каже Кувенховен.

 

Інші науковці стриманіші в прогнозах. «Я не роблю прес-релізів щодо майбутнього», – стверджує Райнер Блатт. А фізик з Національного інституту стандартів і технологій в Боулдері (Колорадо) Девід Вайнленд, який очолює лабораторію, що досліджує іонні пастки, також утримується від прогнозів: «Я оптиміст в тривалій перспективі, але наскільки “тривалою” є ця перспектива, нині я сказати не можу».

 

Davide Castelvecchi

Quantum Computers Ready to Leap Out of the Lab in 2017

Scientific American, 4/01/2017

Зреферував Євген Ланюк

06.01.2017