Квантовые компьютеры – следущий научный прорыв — Yavio Magazine

Квантовые компьютеры – следущий научный прорыв

156 просмотров

QuTech, передовой исследовательский центр по квантовым вычислениям, в рамках сотрудничества с Делфтским технологическим университетом, набирает молодых амбициозных ученых, увлеченных квантовой физикой и исследованиями в этой области, для того, чтобы присоединиться к разработке пока еще существующего только в проекте компьютера.

Исследовательский центр практически безлюден, здесь все пространство занято сложными механизмами, трубками, электродами, датчиками и аппаратурой. Сердцем центра являются большие синие цилиндры, именно в этих ёмкостях искусственно достигается температура, близкая к абсолютному нулю. Этот температурный режим играет важнейшую роль в исследованиях: на макроскопическом уровне достигаются сверхпроводимость и сверхтекучесть частиц. Тут рождаются так называемые квазичастицы, чье необычное поведение лежит в основе ключевых компонентов квантовых компьютеров.

 

 

Интенсивные непрерывные исследования дают возможность делать самые смелые прогнозы для таких дисциплин как шифрование, материаловедение, фармацевтика и в целом поменяют представление об искусственном интеллекте.

 

 

Интересно, что в течение последних нескольких лет квантовые вычисления лидируют в списке технологий, способных осуществить крупнейший прорыв в науке. Но до сих пор результаты не слишком поражают: так, например, канадская компания D-WaveSystems презентовала машины на основе так называемого квантового отжига. Это компьютеры, казалось бы, нового поколения, однако они ненамного превосходящие те, которые принято считать сейчас традиционными классическими системами.

Однако в этом году кажется возможным реальный прорыв. Ожидания подогреваются тем фактом, что ведущие разработчики – Google, IBM, Intel и Microsoft, – стали получать весомое дополнительное корпоративное финансирование.

Денежные вклады должны не только обеспечить ученых материальной базой, но и помочь преодолеть одно из самых больших затруднений в области квантовых изысканий – чрезвычайную восприимчивость кубитов к шуму.

Кубит – это одновременно и малейший квантовый разряд, и единица хранения информации в квантовом компьютере.

Шум, который человеческое ухо может не воспринимать, влияет на поведение кубитов, и ведёт к ошибке в их «полезном» поведении. Для того, чтобы кубиты были полезными, они должны достичь так называемой квантовой суперпозиции (существования в двух физических состояниях одновременно), и запутанности. Запутанность – явление квантовой физики, когда пары кубитов связаны так, что могут мгновенно влиять друг на друга, даже когда физически они отделены. Эти два состояния легко нарушаются малейшим возмущением, например, вибрациями или флуктуирующими электрическими полями.

 

 

Лео Кувенховен, ведущий ученый группы QuantumTransportGroup в Делфтском технологическом университете в Нидерландах, считает, что защита кубитов от шума возможна, и объясняет принцип ее работы на примере веревки: даже растягивая и перекручивая веревку, она все равно остается самой собой, все ее узлы на месте при любых физических воздействиях. Стабильность квантовых разрядов даст возможность увеличивать их присутствие в матрицах компьютеров, тем самым повышая вычислительную мощность машины.

 

 

Работая с уникальными квазичастицами, ЛеоКувенховен демонстрирует их возможности в сфере факторизации больших чисел (что дает зеленый свет для взлома многих современных методов шифрования), решения сложных задач оптимизации и т.д. Представить пока масштабы прорыва сложно, потому что в настоящее время ученые работают только с 5-ти кубитными машинами, тестируя 10 и 20 кубитные технологии.

 

 

Директор по разработкам в Google, ученый в области нано технологий и квантовой физики, Хартмут Невен не так давно озвучил новость о том, что его команда готова создать 49-кубитную систему уже в ближайшем будущем. Такая цифра не случайна. Дело в том, что это порог, известный как квантовое превосходство – с этого момента можно говорить о том, компьютер на основе квазичастиц существенно превосходит по вычислительной мощности современный суперкомпьютер. Качественный скачок ожидается в ближайшие два года, и вполне вероятно, что он перевернет все наши представления о физическом мире.