Google заявил, что он добился долгожданного прорыва под названием «квантовое превосходство», который может позволить новым типам компьютеров выполнять вычисления на скоростях, которые немыслимы для современной технологии.
Исследовательская лаборатория гиганта Силиконовой долины в Санта-Барбаре, штат Калифорния, достигла вехи, над которой ученые работали с 1980-х годов: их квантовый компьютер выполнил задачу, которая невозможна на традиционных компьютерах, согласно статье, опубликованной в научном журнале Nature.
Квантовая машина может однажды добиться значительных успехов в таких областях, как искусственный интеллект, и даже самые мощные суперкомпьютеры станут похожи на игрушки. Компания Google за 3 минуты 20 секунд выполнила математический расчет, который суперкомпьютеры не смогли бы выполнить менее чем за 10 000 лет.
Ученые сравнили достижение Google с первым полетом братьев Райт в 1903 году – доказательство того, что что-то действительно возможно, хотя могут пройти годы, прежде чем оно сможет реализовать свой потенциал.
«Оригинальный полет Райт не был на современном самолете», – сказал Скотт Ааронсон, ученый из Техасского университета в Остине. «Но все это было разработано, чтобы доказать свою точку зрения. И она доказана».
Тем не менее, некоторые исследователи предостерегают от того, чтобы слишком увлекаться достижениями Google, поскольку для того, чтобы квантовые компьютеры могли выйти из исследовательской лаборатории, нужно сделать гораздо больше работы. Прямо сейчас, создание одной квантовой машины стоит миллионы долларов.
Многие крупнейшие технологические компании, в том числе Microsoft, Intel и IBM, а также Google, борются за позиции в области квантовых вычислений. И, согласно недавнему исследованию, венчурные капиталисты инвестировали более 450 миллионов долларов в стартапы, исследующие эту технологию.
Китай тратит 400 миллионов долларов на национальную квантовую лабораторию и в последние годы подал почти вдвое больше квантовых патентов, чем Соединенные Штаты. В этом году администрация Трампа последовала этому примеру со своей собственной Национальной квантовой инициативой, пообещав потратить 1,2 миллиарда долларов на квантовые исследования, включая компьютеры.
Квантовая машина, результат более чем столетних исследований в области физики, называемой квантовой механикой, работает совершенно иначе, чем обычные компьютеры. Он основан на изнурительных способах, которыми некоторые объекты действуют на субатомном уровне или при воздействии сильного холода, например, металла, охлажденного почти до 460 градусов ниже нуля внутри машины Google.
Исследователи полагают, что однажды эти устройства могут привести в движение достижения в области искусственного интеллекта или легко нарушить шифрование, защищающее компьютеры, жизненно важные для национальной безопасности. Из-за этого правительства Соединенных Штатов и Китая считают квантовые вычисления приоритетом национальной безопасности.
Но сначала ученые должны доказать, что такая машина может стать чем-то большим, чем проект, который намекает на то, что в конечном итоге станет возможным.
Традиционные компьютеры выполняют вычисления, обрабатывая «биты» информации, причем каждый бит содержит 1 или 0. Это имело место в течение десятилетий.
Понимание того, чем отличается квантовый компьютер, требует философского скачка: принятие идеи о том, что один объект может вести себя как два отдельных объекта одновременно, когда он либо очень мал, либо чрезвычайно холоден.
Используя это странное поведение, ученые могут вместо этого построить квантовый бит или кубит, в котором хранится комбинация 1 и 0. Два кубита могут одновременно содержать четыре значения. И с ростом числа кубитов квантовый компьютер становится экспоненциально более мощным.
Ученые впервые описали эту идею в 1980-х годах, но кубиты оказались хрупкими. Объединение даже нескольких вместе может потребовать годы работы. В течение последних нескольких десятилетий лаборатории в академических кругах, промышленности и правительстве работали над квантовыми вычислениями с помощью широкого спектра методов, включая системы, построенные вокруг частиц света или электромагнитных полей, которые захватывают крошечные заряженные частицы.
Около 20 лет назад исследователи в Японии впервые применили «сверхпроводящие кубиты», для которых некоторые металлы охлаждаются до экстремально низких температур.
Этот метод показал многообещающие результаты, вызвав проекты в IBM, Google и Intel. Их машины не похожи на обычный компьютер. Это большие металлические цилиндры и витые провода, которые помещают в холодильники из нержавеющей стали. Вы отправляете информацию на компьютер, как на обычную компьютерную микросхему, и получаете взамен расчеты.
«Мы создали компьютер нового типа, основанный на некоторых необычных возможностях квантовой механики», – сказал Джон Мартинис, который руководил командой, управляющей оборудованием для эксперимента по квантовому превосходству Google. Отметив вычислительную мощь, он добавил: «Сейчас мы находимся на стадии попытки использовать эту мощь».
Научная статья от Google стала чем-то вроде интернет-загадки после того, как она была опубликована. Этого краткого появления было достаточно, чтобы вызвать недовольство исследователей в конкурирующих компаниях, которые считают, что гигант Силиконовой долины раздувает свое достижение.
В понедельник IBM выпустила упреждающий выстрел с сообщением в блоге, оспаривающим утверждение Google о том, что его квантовый расчет не может быть выполнен традиционным компьютером. IBM посчитала, что расчеты теоретически могут быть выполнены на текущем компьютере менее чем через два с половиной дня, а не через 10 000 лет.
«Речь идет не об окончательном и абсолютном доминировании над классическими компьютерами», – сказал Дарио Джил, руководитель исследовательской лаборатории IBM в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк, где компания строит свои собственные квантовые компьютеры.
Другие исследователи отклонили этот этап, потому что расчет был особенно эзотерическим. Он генерировал случайные числа, используя квантовый эксперимент, который не обязательно может быть применен к другим вещам.
Хотя IBM оспаривала, что Google действительно достиг всего этого, доктор Джил утверждал, что квантовые компьютеры действительно приближаются к реальности. «К 2020 году мы сможем использовать их в коммерческих и научных целях», – сказал он.
Как и большинство передовых работ, выполняемых в корпоративных исследовательских лабораториях, квантовые усилия Google уходят корнями в академические круги. В 2014 году Google нанял команду физиков, которые несколько предыдущих лет работали над квантовыми вычислениями в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре.
Когда эта статья была опубликована, компания Google ответила на заявления IBM о том, что ее квантовые вычисления могут быть выполнены на классическом компьютере. «Мы уже отошли от классических компьютеров на совершенно иную траекторию», – заявил представитель Google. «Мы приветствуем предложения по совершенствованию методов моделирования, хотя крайне важно протестировать их на реальном суперкомпьютере, как у нас».
Расчет, выполненный машиной Google, является способом показать, что сложная квантовая система может быть надежной. Компания также считает, что генерируемые случайные числа могут иметь практическое применение.
По мере того как машины со временем улучшаются, они могут помочь улучшить криптографию или даже помочь в создании новых лекарств или материалов, сказал Даниэль Лидар, профессор Университета Южной Калифорнии, который специализируется на квантовых вычислениях.
«Это было бы большое дело», сказал он. «У него есть способы применения во многих разных местах».
Доктор Лидар сказал, что он ожидал, что другие ученые попытаются опровергнуть заявления Google. Но некоторые видят более широкую пользу для всех исследователей, работающих над этим почти мифическим устройством.
«Результат Google является крупным достижением не только для Google, но и для более широкого научного сообщества», – сказал Чад Ригетти, который работал над проектом квантовых вычислений IBM.
«Прошло совсем немного времени, прежде чем у нас появятся коммерчески важные проблемы, которые могут решить квантовые машины», – сказал он.
