Квантовые компьютеры становятся реальностью. Главные новости за 15 сентября
Одной из самых трудных задач реализации квантового компьютера является защита кубитов (квантовых битов, на которых и строится вся вычислительная система) от внешних воздействий, в том числе от тепловых волн. Исследователи из Массачусетского технологического института создали систему, содержащую чередующиеся слои полупроводников — арсенида алюминия и арсенида галлия. Материал состоит из 600 слоев, каждый из которых около 3 нанометров толщиной. Между слоями ученые расположили квантовые точки из арсенида эрбия диаметром 2 нанометра. Физики показали, что этот материал можно использовать для защиты кубитов от внешних помех: тепловые волны будут рассеиваться в материале и не разрушат крайне чувствительные состояния кубитов.
Если кубиты можно назвать квантовой памятью, то запутанность кубитов помогает реализовать квантовый сумматор. Исследователи из института Riken, Япония продемонстрировали запутанность 3 спиновых кубитов на основе кремния. «Запутать» три кубита удалось впервые. Руководитель исследования Сейго Такуха так описал полученный результат: «Двухкубитовая операция достаточно хороша для выполнения фундаментальных логических вычислений. Но трехкубитная система — это минимальная единица для масштабирования и реализации исправления ошибок». То, что удалось построить физическую систему на основе кремниевых кубитов, в которой к двум запутанным кубитам «присоединился» третий, — это важный, но только первый шаг. Физики намерены масштабировать квантовую систему. Такуха говорит: «Мы планируем расширить систему до 100 кубитов и внедрить более сложные протоколы исправления ошибок, проложив путь к крупномасштабному квантовому компьютеру».
Само по себе развитие квантовых компьютеров — это захватывающая область чистой науки. Сегодня квантовые вычисления крайне трудно применять. Никакие программы для классического компьютера на квантовом — работать не могут. Сингапурская компания Horizon Quantum Computing намерена изменить положение дел. Сервис, который разрабатывает компания, — это транслятор с языка классического компьютера на язык квантового. Как говорят разработчики Horizon, сегодня очень немногие программисты умеют эффективно использовать методы квантовых вычислений. А классических программистов, которые хорошо знают предметную область, например, финансы, и к тому же умеют работать с квантовыми вычисления — практически не существует. Новый транслятор будет получать на входе классическую программу и преобразовывать и оптимизировать ее для квантовых вычислений. С коммерческой точки зрения прогнозы впечатляют. Консалтинговая группа BCG считает, что сектор квантовых вычислений может создать стоимость в размере $5-$10 миллиардов в ближайшие 3-5 лет и от $450 до $850 миллиардов в следующие 15-30 лет.
Но уже сегодня некоторые классические задачи удается решать с помощью квантовых вычислений. Одной из таких задач является распознавание образов. Инженеры IBM показали, что квантовые алгоритмы могут дать результат гораздо быстрее, чем классические методы. Один из таких квантовых алгоритмов — факторизация Шора, то есть алгоритм разложения числа на простые множители. Авторы исследования применили алгоритм Шора для обучения распознаванию образов. Скорость обучения программы выросла на много порядков. Это означает, что если квантовые компьютеры и квантовые вычисления получат широкое распространение многие важнейшие задачи, среди которых и задача распознавания, будут решаться все быстрее. Компьютеры будут стремительно «умнеть», а сферы использования компьютерного моделирования и многих других приложений — резко расширятся.
Несмотря на трудности, которые еще недавно казались непреодолимыми, квантовые компьютеры скоро себя покажут