Квантовите компютри могат да станат по-практични по-рано от очакваното

1
2584

В продължение на години технологиите за квантови изчисления бяха в резервата на академичните среди. Новият напредък в сферата обаче тласка тази потенциално революционна технология няколко крачки по-близо до практическите приложения.

На конференцията Q2B този месец производителите на квантови компютри Google, IBM, Honeywell, IonQ и Xanadu подробно описаха конкретни стъпки, които очакват да настъпят до 2024 г., които ще тласнат машините им по пътя към търговската практичност. Тези постижения включват увеличаване на мащаба, производителността и надеждността на квантовите компютри. Разходите на частния сектор за квантови изчислителни продукти и услуги вероятно ще се утроят до 830 милиона долара през 2024 г. спрямо 250 милиона долара през 2019 г., според прогнозата на Hyperion Research.

„Намираме се в ранната индустриална ера на квантовите изчисления“, каза Сет Лойд, професор от Масачузетския технологичен институт, който помогна за откриването на тази област през 90-те години. Той смята, че „огромният напредък“, който наблюдаваме днес, е сравним с ранното въвеждане на парните машини за захранване на фабрики, кораби и влакове.

Един съществен пробив е напредъкът към корекцията на грешките, което би следвало да позволи на квантовите компютри да извършват продължителни изчисления, вместо да имат спорадични „пристъпи“ на работа. Това подобрение идва чрез преодоляване на фундаменталната граница с кубитите, основните елементи за съхранение и обработка на данни от квантовите компютри. Кубитите лесно се нарушават от външни сили, но корекцията на грешките е предназначена за преодоляване на уязвимостта на отделните кубити. Ще са необходими по-големи машини с много повече кубити, за да станат квантовите компютри наистина приложими за практическите цели на компаниите, но производителите виждат сериозни възможности за растеж и в тази сфера.

Ако производителите на квантови компютри успеят в начинанието си, корекцията на грешките може да помогне на индустрията да осъществи обещанието си за значително подобряване на конвенционалната производителност на процесора, което ще доведе до възможности за решаване на някои съществени проблеми. Няма очаквания на този етап квантовите компютри да заменят класическите машини, които също се сблъскват с производствени трудности и нарастващи разходи, но те биха могли да надхвърлят днешните граници, за да проектират нови слънчеви панели, да намалят употребата на самолетни горива, да ускорят развитието на изкуствения интелект, да подобрят финансовите инвестиции и да намалят разходите за доставка.

Квантовите компютри надхвърлят единиците и нулите

Конвенционалните компютри съхраняват информацията като битове – единици или нули – и извършват изчисления, използвайки малки компоненти за електронна обработка на данни, наречени транзистори. За разлика от тях кубитите на квантовите компютри могат да съхраняват информация от единици и нули едновременно, благодарение на феномена на квантовата физика, наречен суперпозиция. Кубитите могат да бъдат взаимосвързани чрез заплитане, друг феномен на квантовата физика.

Повече квантови изчисления през 2021

  • Intel надгражда амбициите си за квантов компютър с нов контролен чип
  • Amazon, IBM и Microsoft се надпреварват да осигурят глобален достъп до квантовите изчисления
  • Квантовото надмощие на Google е само началото на компютърната революция
  • Honeywell представи H1, второто си поколение квантови компютри

Това са едни от най-значимите събития, които се случват в настоящия етап в света на квантовите компютри.

Квантовите изчисления работят на принципа от поредица манипулации на състоянията на кубитите. Тези манипулации се наричат квантови портали, а последователността от манипулацията на порталите се нарича верига. С добавянето на манипулации са порталите, веригата става „по-дълбока“ и е способна на по-сложни квантови изчисления.

Увеличаването на броя на кубитите също увеличава експоненциално размера на изчислителния проблем, който е в обсега. Добавянето на единичен кубит удвоява мащаба на изчисленията, който е възможен.

Тези постижения вълнуват компютърните учени, защото, въпреки че днешните машини разполагат само с няколко десетки кубита, утрешните могат да имат хиляди, а дори и милиони.

Всички производители на квантови компютри работят по различни начини за изграждане на по-стабилни кубити за по-здрава основа на самите кубити и тяхната свързаност. Там, където производителите на конвенционални силициеви чипове се възползват от един подход, производителите на квантови компютри проучват много различни възможности за своите кубити.

Google и IBM използват свръхпроводящи вериги, охладени почти до абсолютната нула, по-студени от космическото пространство. Дизайнът на йонния капан на Honeywell прави кубити от електрически заредени атоми на итербий. Кубитите на Intel са отделни електрони, отличаващи се с квантово механично свойство, наречено спин. Xanadu използва фотоните и техните квантови процесори могат да работят и на стайна температура.

Корекцията на грешките поддържа квантовите изчисления в коловоз

Силната основа на кубитите е важна, но корекцията на грешките също е от съществено значение като начин за преодоляване на нестабилността на отделните кубити. Основната идея на корекцията на грешките е свързването на множество кубити заедно в един „логически“ кубит, чието състояние се запазва по-дълго. Ерик Лусеро, който управлява квантовата изчислителна услуга на Google, ги нарича „перфектни вечни кубити“. Коригирането на грешките е основата на така наречения квантов компютър, устойчив на грешки.

Един логически кубит може да изисква до 1000 физически кубита, а сериозните квантови изчисления, като алгоритъма на Шор, използван за разбиване на днешното криптиране, изискват хиляди логически кубита. IonQ се надява, че подходът им ще наложи изискването на само 13 физически кубита за един логически кубит.

Така коригирането на грешките е голям стимул за увеличаване на броя на кубитите.

IBM се стреми на надмине сегашната си 65-кубитова система, Hummingbied, със 127-кубитов Eagle през следващата година и 433-кубитов Osprey през 2022 г. Тогава, през 2023 г., се очаква 1121-кубитовият Condor да бъде „важна повратна точка“ при създаването на по-полезни квантови изчисления, както става ясно от изказване на Антъни Анунциата, директор на Q Network на IBM.

Xanadu разполага с 24 кубита сега и очаква 40-кубитов чип тази година, както става ясно от Захари Върнън, шеф на хардуерната компания. През следващите години той прогнозира броят на кубитите да се удвоява на всеки шест до 12 месеца.

Полезни квантови изчисления

Въпреки че изследователите внимават и избягват да обещават предварително някакви пробиви, квантовите компютри могат да бъдат практически полезни и преди да пристигне корекцията на грешките. Квантовите клиенти на IBM днес включват компании като JPMorgan, ExxonMobil, Mitsubishi Chemical, Daimler, Delta и Boeing.

Някои от тези клиенти се интересуват от проектирането на нови материали чрез експериментиране на молекулно ниво – една от първите идеи, които известният физик Ричард Файнман описва в основните си очаквания за квантовите компютри. Надеждата е за пробиви като постигане на по-ефективни слънчеви панели, батерии, които съхраняват повече енергия или производство на торове, които не се нуждаят от толкова много енергия.

Европейският авиокосмичен гигант Aibus има обширна програма, както става ясно от изявление в Q2B на Макс Фишер, старши вицепрезидент на компанията по физика на полетите. Той изследва квантовите изчисления за подобряване на аеродинамиката на самолетите, икономията при използването на самолетно гориво по време на издигане, по-ефективното натоварване на самолети и проектиране на летателни превозни средства – всички тези дейности са изключително трудно изчислими с помощта на класическите компютри.

Honeywell вижда възможности за използването на квантови изчисления за собствения си бизнес, като химически дизайн, автоматизация на складове и космическа техника. „Honeywell се очаква да бъде нашият най-голям и най-лоялен клиент“, каза Тони Утли, президент на Honeywell Quantum Solutions.

Един от най-големите визионери в сферата на квантовите изчисления е Ерик Шмид, който по време на бившата си работа като главен изпълнителен директор и изпълнителен председател на Google, одобри дългосрочната програма за квантови изчисления на компанията. Тази работа създаде миналогодишния експеримент за „квантово надмощие“, който показа, че квантовите компютри могат да надминат значително класическите компютри, в поне една тясно специализирана компютърна работа, макар и на този етап непрактична.

„Очакваме революцията на квантовите изчисления да се случи след шест до осем години. Ще бъде невероятно, когато настъпи“, каза Шмит.

3.3 4 гласа
Оценете статията
Абонирай се
Извести ме за
guest
1 Коментар
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари