Google представил новый чип для квантовых компьютеров

Новый чип — последняя разработка Google в области квантового компьютинга, использующего принципы физики частиц для создания компьютера нового типа, “ошеломляюще мощного”.

Google утверждает, что его новый квантовый чип, получивший название Willow, создан с применением последних “прорывных” достижений в этой области и “прокладывает путь к полезному, крупномасштабному квантовому компьютеру”.

Эксперты, однако, отмечают, что пока Willow — это в основном экспериментальное устройство. До практического использования квантовых компьютеров в решении реальных задач еще много лет, и это потребует огромных затрат.

Квантовая загадка

Квантовые компьютеры работают принципиально иначе, чем процессоры в обычном телефоне или ноутбуке.

Квантовые компьютеры используют явления квантовой механики (квантовую суперпозицию и квантовую запутанность), что резко увеличивает способность обрабатывать и передавать данные. Они оперируют не битами, способными принимать значение либо 0, либо 1, а кубитами (квантовыми битами), имеющими значения одновременно и 0, и 1.

Предполагается, что со временем квантовые компьютеры значительно ускорят вычисления, необходимые во многих отраслях современной науки — например, при создании новых лекарств.

Но, как отмечают специалисты, у такой высокой производительности есть и обратная сторона: с помощью сверхмощных компьютеров злоумышленники смогут легко взламывать системы шифрования, применяющиеся сегодня во многих областях повседневной жизни, не говоря уже о правительственной или военной связи.

В феврале компания Apple объявила, что шифрование, защищающее ее мессенджер iMessage, будет сделано “квантово устойчивым”, чтобы его нельзя было взломать с помощью квантовых компьютеров будущего.

Хартмут Невен, глава лаборатории квантового ИИ Google, создавшей Willow, сказал Би-би-си, что новый чип будет использоваться в некоторых практических приложениях, но подробностей не сообщил.

По его словам, чип, способный выполнять коммерческие приложения, появится не раньше конца этого десятилетия.

Первоначально он будет применяться в моделировании систем, в которых важны квантовые эффекты.

“Например, это будет актуально при проектировании реакторов ядерного синтеза, для понимания работы лекарств и разработки фармацевтики, это будет актуально для разработки более совершенных автомобильных аккумуляторов и еще множества других подобных задач”, — сказал он.

Круглое — и зеленое

По словам Невена, производительность Willow позволяет считать его “лучшим квантовым процессором, созданным на сегодняшний день”.

Но профессор Алан Вудворд, эксперт по вычислительной технике из Университета Суррея, утверждает, что хотя квантовые компьютеры будут лучше справляться с целым рядом задач, чем нынешние “классические” компьютеры, но не заменят их.

По его мнению, не следует преувеличивать значимость Willow, основываясь на результатах одного теста.

“Нужно быть осторожным и не сравнивать круглое и зеленое”, — сказал он в интервью Би-би-си.

Для использования в качестве эталона производительности Google выбрал специально созданную для квантового компьютера задачу, и это не продемонстрировало общего преимущества в скорости вычислений по сравнению с обычными компьютерами, отметил Вудворд.

Тем не менее, по его словам, Willow продемонстрировал значительный прогресс, в частности, в так называемой коррекции ошибок.

Если говорить очень упрощенно, чем больше в квантовом компьютере кубитов, тем он производительнее. Однако в силу особенностей технологии квантовые компьютеры чаще допускают ошибки по сравнению с обычными, “дискретными” процессорами. И количество ошибок растет пропорционально числу кубитов в чипе.

Специалисты Google утверждают, что им удалось изменить ситуацию и сконструировать новый чип таким образом, чтобы количество ошибок во всей системе снижалось по мере увеличения числа кубитов.

По мнению Невена, это серьезный прорыв, который позволил решить ключевую проблему, над которой инженеры работали почти 30 лет.

Он провел параллель с самолетом: “Если у вас самолет с одним двигателем — это сработает, но два двигателя безопаснее, а четыре двигателя — еще безопаснее”.

Ошибки в вычислениях — значительное препятствие на пути создания более мощных квантовых компьютеров, и, по мнению профессора Вудворда, Willow — это значительный успех в деле создания практически применимых квантовых чипов.

Но это произойдет еще не завтра. В самой компании Google отмечают, что для создания практически полезных квантовых компьютеров уровень ошибок должен быть гораздо ниже, чем тот, который демонстрирует Willow.

Willow создали на новом, специально построенном заводе Google в Калифорнии.

Квантовые вычисления считаются перспективной областью современного компьютинга, и эта сфера активно развивается и финансируется сразу в нескольких странах.

В Великобритании недавно был открыт Национальный центр квантовых вычислений (NQCC).

Его директор Майкл Катберт сказал Би-би-си, что с осторожностью относится к формулировкам, которые только подпитывают шумиху, и считает, что Willow — это скорее “веха, чем прорыв”.

Тем не менее это “несомненно, очень впечатляющая работа”, считает Катберт.

По его словам, со временем квантовые компьютеры помогут в решении целого ряда задач, включая логистические — например, в распределении грузов на самолетах или маршрутизации сигналов телекоммуникаций или накопленной энергии в электросетях.

В Великобритании в сфере квантового компьютинга работает уже 50 компаний, в которых занято 1300 человек. Они сумели привлечь инвестиции на сумму в 800 млн фунтов.

В пятницу исследователи из Оксфордского университета и Университета Осаки в Японии опубликовали работу, в которой продемонстрировали очень низкий уровень ошибок в кубитах с ионной ловушкой.

Это другой подход к созданию квантового компьютера, способного работать при комнатной температуре, в то время как чип Google достигает максимальной эффективности при сверхнизких температурах.