С тех пор, как я в последний раз писал на эту тему, появилось много новостей о квантовых компьютерах. Но это все еще технология, которая медленно развивается в фоновом режиме, в то время как реальные приложения пока ограничены. Существует определенный пороговый эффект – в какой-то момент квантовые компьютеры станут достаточно мощными и практичными, что, вероятно, приведет к быстрому внедрению на научном, правительственном и промышленном уровнях (они не предназначены для личного использования, по крайней мере, в ближайшее время).
Квантовые компьютеры, как следует из названия, используют свойства квантовой механики, а не классической физики, как это делают традиционные компьютеры. Цифровые компьютеры, подобные тому, который вы сейчас используете для чтения этого блога, в значительной степени основаны на битах – бит – это наименьшая часть информации, равная 1 или 0, в двоичном компьютерном языке. Компьютерные технологии требуют наличия некоторого физического свойства, которое является очень малым и может быть быстро и точно изменено между двумя состояниями, при этом эти два состояния представляют собой 1 или 0. Это можно сделать различными способами, но в основном с использованием электромагнетизма.
Квантовые компьютеры используют не биты, а кубиты. Кубит использует квантовое свойство (суперпозицию), которое может быть в любом состоянии от 1 до 0 включительно. Таким образом, каждый кубит потенциально может хранить на порядки больше информации, чем один бит. Затем кубиты переплетаются друг с другом, и это переплетение создает конструктивные и деструктивные помехи, которые могут увеличить вероятность правильного ответа (грубое упрощение, но если вам интересно, перейдите по ссылкам в моей предыдущей статье для получения более подробной информации). Работающий квантовый компьютер требует наличия физических свойств на квантовом уровне, которые могут находиться в суперпозиции, быть запутанными и соединяться с любым другим кубитом. Все еще существуют серьезные препятствия, которые необходимо преодолеть, одним из которых является исправление ошибок.
Несмотря на то, что размеры квантовых компьютеров медленно и неуклонно растут, ученые все еще исследуют новые базовые методы их создания. В этом году IBM планирует выпустить первый компьютер Condor с более чем 1000 кубитами. Они также планируют создать платформу, которая объединит в сеть несколько процессоров Condor.
Тем временем часто сообщается о новых методах создания кубитов. Последнее исследование, в котором используются два лазера для изменения спина ядер. Один из исследователей, Паоло Каппелларо, говорит:
“Этот новый механизм связи позволяет контролировать и измерять их, что теперь делает использование ядерных спинов в качестве кубитов гораздо более перспективным”.
Это ключевой момент – технология должна как контролировать, так и измерять свойства, которые будут хранить информацию о кубитах. На данный момент существуют различные варианты, и еще слишком рано говорить о том, какой подход окажется наиболее практичным. Но нам нужны не только кубиты, нам также нужны интегральные схемы. На этом направлении также достигнут прогресс. В 2022 году австралийская компания объявила о создании первой квантовой интегральной схемы. Они сделали это на кремнии, что полезно, поскольку у нас уже есть промышленная база с кремниевыми интегральными схемами. Они ожидают, что пройдет еще пять лет, прежде чем появятся коммерческие продукты, использующие их квантовые схемы.
Почему нас это должно волновать? Хотя квантовые компьютеры не заменят ваш настольный компьютер или смартфон, они полезны для определенных видов интенсивной обработки данных. Чтобы представить их возможности в перспективе, квантовый компьютер с 1 миллионом кубитов (до этого еще далеко) мог бы выполнить вычисления, на выполнение которых у классических компьютеров ушли бы триллионы лет, даже если бы они были сделаны из вещества размером в миллиард галактик, и он мог бы завершить эти вычисления за считанные минуты. По сути, это означает, что они могут выполнять вычисления, которые невозможны для обычных компьютеров.
Двумя наиболее ожидаемыми областями применения квантовых компьютеров являются шифрование и моделирование. Квантовый компьютер может взломать любое существующее шифрование. Только другой квантовый компьютер может защитить от расшифровки квантовым компьютером. В мире кибербезопасности побеждает тот, кто первым получит работающий квантовый компьютер. Это эквивалент ядерного оружия в обычной войне. “Господин президент, мы не можем допустить разрыва в работе квантовых компьютеров!” (бонусные баллы, если вы получите эту ссылку)
Для науки и промышленности моделирование также может быть важным. Например, при разработке лекарств квантовые компьютеры могли бы моделировать свертывание белков, чего не может сделать ни один стандартный компьютер. Материаловедение, климатология, картирование мозга и другие отрасли промышленности могут быть преобразованы с помощью квантовых компьютеров.
Вот тут–то и начинается интересное – представьте себе сложный искусственный интеллект, работающий на мощном квантовом компьютере. Я не думаю, что на данный момент мы можем даже точно предсказать, что это будет означать. Квантовые компьютеры автоматически не сделают искусственный интеллект умнее или разумнее. Существуют и другие переменные, такие как сами алгоритмы и обучающие данные. Но квантовые компьютеры создают потенциал для приложений искусственного интеллекта, которые на много порядков мощнее того, что мы имеем сегодня. Мы узнаем о последствиях и применении этого, когда доберемся до места, но об этом интересно подумать.
Благодаря 1121-кубитному компьютеру IBMs и внедрению квантовых интегральных схем, кажется, что мы находимся примерно в 5 годах от перехода квантовых компьютеров от чисто исследовательских к коммерческим приложениям. Как всегда, это трудно предсказать, но чем ближе вы подбираетесь, тем проще становится, когда приложения находятся “на стадии разработки”. Мы также до сих пор не уверены, как обстоят дела в Китае с исследованиями в области квантовых компьютеров, и они могут нас удивить. Но представляется вероятным, по крайней мере к 2030-м годам, что квантовые компьютеры станут технологией, работающей на задворках нашего общества и оказывающей глубокое влияние на наши технологии и жизнь.
