Что такое квантовое превосходство?

Компания Google объявила о том, что ей удалось достигнуть квантового превосходства. Их конкуренты из IBM подвергли данный факт сомнению. Но что такое квантовое превосходство и для чего оно нужно?

Сам термин был придуман американским физиком-теоретиком Джоном Прескиллом несколько лет назад. Он подразумевает способность квантовых компьютеров решать задачи, которые не под силу самым мощным «обычным» суперкомпьютерам среди ныне существующих. Если точнее, они потратят на те же вычисления несоизмеримо больше времени: тысячелетия. В то время как квантовый процессор — всего несколько минут. 

Квантовые компьютеры работают не на битах, способных принимать значение 0 или 1, а на кубитах. Этот элемент информации может быть одновременно и 0, и 1, что и даёт пресловутое превосходство: такой процессор делает вычисления не последовательно, а все сразу. Но кубиты трудно заставить работать сообща, и с них сложно считывать информацию. Тем не менее между странами и корпорациями идёт своеобразная гонка за то, кто сможет первым создать такое устройство. Её порой даже сравнивают с ядерной или космической гонкой. Успехи в этой области физики стремительны. Года три назад учёные не верили, что способны создать процессор мощностью 20 кубитов. Теперь речь идёт о системах, насчитывающих более 50 кубитов. 

Google активно развивает направление квантовых вычислений. Их компьютер под названием Sycamore имеет 53 кубита. Согласно недавней публикации в журнале Nature, он смог за 200 секунд достичь такого уровня совпадения квантовых состояний, на получение которого у мощнейшего на данный момент суперкомпьютера Summit уйдёт 10 тыс. лет. Это и есть квантовое превосходство. Разумеется, проверить на практике утверждение о 10 тыс. лет работы невозможно: оно базируется на теоретических расчётах. Да и само задание выглядело нарочито простым и бесполезным: считывать с кубитов случайные последовательности команд в виде строки из 53 чисел и повторять это миллионы раз. 

Компания IBM, старающаяся не отставать в данном направлении исследований и претендующая на пальму первенства, подвергла критике работу коллег. Её сотрудники считают, что традиционный компьютер способен справиться с этой задачей не за 10 тыс. лет, а за 2,5 дня. Причём это в худшем случае. 

«Сам термин „квантовое превосходство“ подразумевает решение какой-то бесполезной, ненужной задачи, специально для этой цели подобранной, — считает генеральный директор Российского квантового центра Руслан Юнусов. — А вот когда квантовый компьютер сможет решить полезную задачу, которую не способен решить обычный компьютер, — это вопрос. Думаю, через 5-10 лет. Но этот процесс будет постепенным».

Также надо иметь в виду, что квантовые компьютеры не предназначены для того, чтобы заменить привычные нам ноутбуки или десктопы. Их цель — это вычисления на огромных массивах данных. Например, для поиска перспективных лекарств, создания новых материалов и машинного обучения, требующего длительного перебора вариантов. Ещё одна область применения — криптография, новые принципы связи и шифрования. Такие системы невозможно будет взломать. Собственно, из-за этого весь хайп и упомянутая «квантовая гонка».

Смотрите также:

• Сердце не обманет. Учёные придумывают новые методы идентификации личности →
• Куда исчезнет интернет. «Умный» мир и его будущее →
• Беспроводные телефоны плохо влияют на сердце →