Квантовые компьютеры могут — теоретически — обогнать по производительности существующие традиционные суперкомпьютеры. Есть мнение, что именно квантовые компьютеры позволят совершить прорыв во множестве отраслей, решая такие задачи, как создание химических катализаторов или моделирование чрезвычайно сложных систем (это важно для контроля климата, например). Однако до сих пор созданные устройства недостаточно мощные и работают не так стабильно, как хотелось бы.
Представители Google утверждают, что в ближайшее время всё изменится. Слова звучат громкие — наступает «заря квантовой вычислительной эры». Работающий в Калифорнийском технологическом институте профессор Джон Прескилл (John Preskill) придумал термин, подхваченный журналистами и маркетологами — «квантовое превосходство» (quantum supremacy). Но что стоит за красивыми словами?
Действительно, работы по созданию квантовых вычислительных систем ведутся. О создании очередного сверхпроводникового чипа сообщила недавно корпорация Intel. Разработки ведут IBM, Microsoft, Google (с недавних пор — часть холдинга Alphabet Inc.), D-Wave Systems Inc. — канадская компания, причём она не только произвела, но и продала (в количестве четырёх штук) «коммерческие» квантовые компьютеры. К разработкам привлекаются специалисты государственных и частных НИИ, университетов. Принять участие в гонке стремятся не только гиганты — появляются и находят финансирование стартапы (например, Rigetti Computing).
Чтобы квантовые компьютеры заработали в полную силу, требуются не только машины, но и программы для них. В октябре 2017 года Google выпустила программное обеспечение, позволяющие химикам и материаловедам использовать квантовые машины для решения специфических задач.
Активность ведущих компаний и восторг авторитетных учёных, разумеется, замечены инвесторами. Компании получают немалые деньги для финансирования проектов, связанных с развитием квантовых технологий.
Но всё ли так хорошо, как нам хочется? Звучат и голоса скептиков, которые опасаются, что обещания представителей компаний и шумиха в прессе приведут к завышенным ожиданиям относительно возможностей технологии. Не получив обещанных благ, люди будут разочарованы, а инвестиции не окупятся.
«Если вы никогда не слышали фразу о «квантовом превосходстве» раньше, то можете подумать, что мы вступили в период, когда квантовый компьютер будет делать всё лучше, чем обычный компьютер, а это далеко не так, — замечает Саймон Бенджамин (Simon Benjamin), профессор квантовых технологий в Оксфордском университете (University of Oxford). — Мы не можем поставить квантовый компьютер на стол, чтобы он сделал что-то полезное, чего не могут сделать другие компьютеры».
На сегодняшний день производительность квантовых компьютеров не только не превышает производительность суперкомпьютеров, многие задачи они решают хуже, чем обычный ноутбук.
Первая проблема существующих квантовых компьютеров — они не очень большие. Да, машины D-Wave Systems состоят из более чем 2 тысяч кубитов (и идёт разработка 4000-кубитной модели), но это очень специализированные устройства и могут использоваться для решения немногих и весьма специфических задач.
Google планирует достичь квантового превосходства с помощью машины, которая будет иметь либо 49, либо 50 кубитов — об этом сообщила руководитель подразделения по связям с общественностью компании Чарина Чой (Charina Choi). Это уже достаточно много, чтобы делать что-то, недоступное традиционному компьютеру.
Или нет? Представители IBM вскоре после заявления конкурента сообщили, что им удалось имитировать работу 56-кубитовой системы на обычной машине (разумеется, речь идёт о суперкомпьютере — используется «Вулкан», установленный в Ливерморской национальной лаборатории). Такая имитация работает на несколько порядков медленнее квантового компьютера, но работает достаточно стабильно, чтобы на ней можно было проверять точность работы квантовой машины.
Дело в том, что у квантовых компьютеров есть ещё одна большая проблема: кубиты неустойчивы. Они не могут оставаться в квантовом состоянии долго (для кубитов на основе сверхпроводников речь о десятках микросекунд; на основе ионных ловушек — рекорд составляет 10 минут). Из-за этого в системе накапливаются ошибки, и чем больше кубитов, тем больше ошибок. Такие ошибки могут быть исправлены либо с помощью дополнительных кубитов, либо программно, но это требует так много вычислительной мощности, что преимущества использования квантового компьютера исчезают.
Известно, что Microsoft активно работает над созданием принципиально новой конструкции квантового компьютера, которая по своей природе будет менее подвержена ошибкам. Но она основана на субатомных частицах, в существовании которых не уверены даже некоторые физики, так что, вероятно, пройдут годы, прежде чем машина заработает и появится на рынке.
Традиционные компьютеры ещё долгие годы будут выполнять основную массу вычислений. Саймон Бенджамин предполагает, что настоящего квантового превосходства в ближайшие десять лет не наступит. И высказывает опасение, что это десятилетие окажется чёрной дырой для денег инвесторов — и отток инвестиций ещё более затормозит наступление «квантовой эры». Такое уже было с технологиями ИИ — ажиотаж 1970-х сменился долгим затишьем в отрасли и заметный рост начался только в 1990-е.
