Пример элементов квантового компьютера Rigetti Computing
Квантовый компьютер Google смог за 3 минуты и 20 секунд выполнить расчет, на который самому мощному в мире суперкомпьютеру Summit (IBM) понадобилось бы примерно 10 тыс. лет. Информацию об этом научном открытии сотрудники компании изложили в публикации, которая была размещена на сайте НАСА. Однако через некоторое время данный доклад был удален с сайта без объяснения причин. Но в издании Financial Times успели изучить и проанализировать текст открытия.
В конце августа 2019 года специалисты Google подготовили доклад «Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor» о своем открытии при использовании нового квантового компьютера — достижении квантового превосходства. Материал был опубликован в сентябре 2019 года на сайте НАСА, но позже удален. Данные этого доклада остались в кэше Bing и доступны по этой ссылке.
Квантовое превосходство – переломный момент, при котором квантовый компьютер сможет выполнить задачу, решить которую раньше считалось невозможным или на ее решение потребовалось бы невероятное количество времени, используя текущие передовые технические достижения цивилизации.
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от обычного) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, имеющими значения одновременно и 0, и 1. Теоретически, это позволяет обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая существенного превосходства над обычными компьютерами в ряде алгоритмов.
Многие компании и университеты во всем мире участвуют в создании квантовых компьютеров, но лидером в этой гонке уже несколько лет остается Google.
Уже в 2017 году инженеры подразделения Google по квантовым аппаратным средствам использовали квантовый компьютер с 22-кубитовым процессором.
Квантовые процессоры Google находятся в лаборатории компании в Санта-Барбаре. Там их держат в специальных резервуарах — криостатах. Сжатый гелий и жидкий азот, перекачиваемый из морозильного резервуара, охлаждают внутренности криостата до минус 273,11°C. Такая низкая температура необходима для сохранения сверхпроводимости.
Фактически, это квантовая интегральная система, включающая в себя помимо криостата с кубитами и классическую электронику, которая отвечает за удаленный доступ специалистов к системе для программных исследований и анализа полученных данных. При этом все элементы системы должны быть надежно защищены от взаимных и внешних помех.
Это сложная и дорогая система для проведения квантовых вычислений, а на ее обслуживание и эксплуатацию компания тратит немалые деньги.
Инженерную команду по разработке квантовых технологий в Google возглавляет Хартмут Невен. Невен в компании ранее курировал самые инновационные проекты — от программного обеспечения ИИ для распознавания лиц до запуска в производство Google Glass.
В конце 2017 года команда Невена в Южной Калифорнии готовилась к запуску квантового компьютера на 49-кубитовом процессоре, используя который планировалось преодолеть новый технологический рубеж, после которого квантовые компьютеры смогли бы достигнуть квантового превосходства.
В марте 2018 года Google представила 72-кубитный квантовый процессор Bristlecone.
Также в компании работают над созданием новой архитектуры квантового компьютера, чтобы была возможность работать с ним при более высоких температурах, а также с помощью новых инженерных решений уменьшить помехи во время передачи данных.
И вот, в сентябре 2019 года специалисты Google опубликовали доклад о своем открытии при использовании нового квантового компьютера — достижении квантового превосходства.
В научном эксперименте принимал участие квантовый компьютер Google с 53-кубитовым процессором, получивший название «Sycamore» (Платан). Для создания инфраструктуры Платана команде Google по разработке квантовых технологий даже пришлось даунгрейдить проект созданного ранее 72-кубитового процессора «Bristlecone».
В удаленном по неизвестным причинам материале на сайте НАСА утверждалось, что квантовый компьютер Google смог выполнить очень сложный программный расчет всего за двести секунд. Таким образом, была осуществлена экспериментальная демонстрация превосходства квантового компьютера над традиционным.
Для сравнения, самый современный мощный суперкомпьютер Summit смог бы произвести подобный результат лишь за 10 тыс. лет. Суперкомпьютер Summit был запущен в США в 2018 году. Его расчетная мощность составляет 200 тыс. трлн операций в секунду, он состоит из 4608 вычислительных серверов, на каждом из которых установлено два 22-ядерных процессора IBM Power9, а встроенная память достигает 10 петабайт.
Также по оценкам специалистов компании, выполнение того же эксперимента на сервере Google Cloud заняло бы 50 трлн часов (5.7 млрд лет).
В своей публикации специалисты Google уточнили, что их новая система может выполнять только один расчет, а использование квантовых компьютеров для решения практических задач находится еще в далеком будущем.
Был ли связан этот расчет с определенными исследованиями или математическими задачами, в компании не уточнили. Хотя специалисты компании пояснили в статье, что в эксперименте были использованы случайные числа, сгенерированные по специальному сценарию, связанному с квантовыми явлениями.
«Нами было достигнуто существенное ускорение по сравнению со всеми известными классическими алгоритмами, которое смогло обеспечить экспериментальную реализацию квантового превосходства в решенной вычислительной задаче, что знаменует появление столь ожидаемой вычислительной парадигмы», — утверждалось в докладе Google.
Так же в докладе было предположение, что мощность новых квантовых систем будет увеличиваться с «двойной экспоненциальной скоростью», опережая даже экспоненциальную скорость, которая определяла закон Мура — тенденции, при которой традиционные вычислительные мощности удваиваются примерно каждые два года.
По поводу удаления публикации с сайта НАСА — в Google отказались подтвердить подлинность доклада и его результатов, в НАСА также не ответили на запрос о комментарии по поводу этого странного снятия с публикации материала.
Однако, по данным издания Fortune источник в Google, знакомый с этой ситуацией, предположил, что в НАСА случайно слишком рано опубликовали данный документ.
Ведь результаты расчета и анализ хода вычислений квантового компьютера еще предстоит тщательно проверить экспертами и учеными. И такой процесс сложной научной экспертной оценки может продлиться от нескольких недель до месяцев. Также данная статья будет находится под пристальным вниманием научного сообщества, а если ее результаты подтвердятся, то это станет станет предвестником переломного момента в квантовой науке.
В общем итоге, какие бы не были результаты в расчетах Google, многие разработчики в сфере квантовых технологий опасаются, что текущие результаты эксперимента могут быть преувеличены и они обеспокоены фактом, что повышенные ожидания от неминуемого прогресса в этой области в краткосрочной перспективе приведут к возникновению нового технологического пузыря, который может быстро лопнуть.
Дарио Джил (Dario Gil), руководитель IBM Research, не советует использовать термин «квантовое превосходство» в качестве метрики для измерения прогресса в этой области. «Данный эксперимент и термин «квантовое превосходство» будут неправильно поняты почти всеми», — предостерег Джил. По его словам, это был особый лабораторный эксперимент, который на данный момент не имеет практического применения.
«Квантовые компьютеры никогда не будут господствовать над классическими компьютерами, а будут работать вместе с ними, поскольку у каждого есть свои уникальные преимущества», — заявил Джил.
Джим Кларк, директор Intel Labs по квантовым технологиям, обозначил такое достижение Google как значительный маркер в развитии квантовых компьютеров. Однако, по его словам, коммерчески жизнеспособный квантовый компьютер еще потребует многих достижений и решений в области НИОКР, прежде чем станет реальностью.
«Несмотря на то, что эта разработка все еще находится на первом этапе своего марафона, мы твердо верим в потенциал этой технологии», — добавил Кларк.
Автор: denis-19
