«Очевидных решений в этой области нет»: эксперты — о прорывах в сфере квантовых вычислений
Квантовые гонки выходят на новый виток, но до финишной прямой еще далеко. Microsoft и Amazon анонсировали прорывные чипы, обещая революцию в вычислительной технике. Однако российские физики, комментируя эти заявления, призывают отделять реальные научные результаты от громких корпоративных пресс-релизов.
Что скрывается за анонсами Majorana 1 и Ocelot
Презентация Microsoft чипа Majorana 1, построенного на топологических кубитах, вызвала большой резонанс. Однако, по словам экспертов, между заявлениями в пресс-релизе и содержанием научной публикации существует разрыв. Фактически, компания продемонстрировала лишь высококачественный прибор для считывания информации с гипотетического кубита, но не сам работающий кубит. Подтверждения создания стабильных майорановских фермионов, на которых основана архитектура, пока нет. Это означает, что заявления о скором появлении миллионов кубитов преждевременны.
Проблема квантовой когерентности — главный камень преткновения. Квантовые состояния, в отличие от классических битов, чрезвычайно хрупки и разрушаются при малейшем воздействии извне. Топологический подход, который использует Microsoft, теоретически решает эту проблему, так как информация «защищена» законами физики. Однако практическая реализация этой идеи оказалась настолько сложной, что даже после 20 лет исследований компания смогла создать лишь единичный прототип.
Ионные ловушки и сверхпроводники: битва архитектур
Помимо топологических, существует несколько конкурирующих подходов. Наибольшее количество кубитов сегодня демонстрируют системы на ионах в ловушках, но они представляют собой целые лаборатории, а не компактные чипы. Сверхпроводящие кубиты, используемые Google и D-Wave, также требуют экстремального охлаждения и громоздкой инфраструктуры. Фотонные компьютеры, основанные на манипуляции светом, пока остаются экспериментальными стендами. Главное преимущество подхода Microsoft — потенциальная возможность миниатюризации, создания настоящего чипа, который можно масштабировать.
Квантовая революция: задачи для сверхпроводников и угроза для шифрования
Практическая польза от квантовых компьютеров ожидается в двух ключевых областях. Первая — это моделирование квантовых систем, что открывает путь к созданию новых материалов, лекарств и сверхпроводников, работающих при комнатной температуре. Вторая — решение задач, непосильных для классических машин, в первую очередь, факторизация больших чисел (алгоритм Шора). Успех в этой области сделает бесполезными все современные алгоритмы шифрования, что вызывает огромный интерес у оборонного и финансового секторов.
При этом, как отмечают ученые, полный спектр задач, где квантовые компьютеры будут эффективнее классических, еще не определен. Сейчас отрасль находится на этапе тестирования «железа» и алгоритмов на системах с десятками кубитов, а не тысячами. Коррекция ошибок, которая пять лет назад составляла 200 на 10 тысяч операций, сегодня снижена до трех, что является значительным, но все еще недостаточным прогрессом.
История развития квантовых вычислений полна скепсиса и отложенных ожиданий. Еще 25 лет назад ученые учились создавать хотя бы один кубит, а полноценный компьютер, по шутке исследователей, всегда находится «в пяти годах от нас». Тем не менее, путь от единичных кубитов до систем из 50-100 кубитов пройден, и это подтверждает принципиальную возможность создания мощной вычислительной машины.
Россия входит в число менее чем десяти стран, обладающих полным спектром собственных квантовых технологий. Уже созданы системы из 50 кубитов на ионах и 12 сверхпроводящих кубитов. Несмотря на некоторое отставание от лидеров, связанное с более поздним стартом и консервативностью образовательной среды, российские математические школы и теоретические разработки в области квантовой криптографии считаются одними из сильнейших в мире. Ожидается, что в ближайшее время страна сможет выйти на рубеж в 100 кубитов, что ускорит движение к практическому применению квантовых технологий.
