Квантовые вычисления: шаг за шагом к большой цели
Квантовые компьютеры будут выполнять определенные вычисления, которые недоступны классическим компьютерам. Они сделают это, используя уникальные квантовые явления, запутанность и суперпозицию, которые позволяют кубитам существовать в нескольких состояниях одновременно. Но эти квантовые состояния непостоянны и склонны к ошибкам.
Среди важных, на мой взгляд, событий: IBM представила первый квантовый компьютер с более чем 1000 кубитами — эквивалентом цифровых битов в обычном компьютере. В течение многих лет IBM ежегодно удваивала количество кубитов. Чип под названием Condor содержит 1121 сверхпроводящий кубит, все они расположены в виде сот. Но компания заявляет, что теперь сосредоточится на том, чтобы сделать свои машины более устойчивыми к ошибкам, а не более крупными.
Компания также представила чип под названием Heron, который имеет 133 кубита, но с рекордно низкой частотой ошибок, в три раза ниже, чем у ее предыдущего квантового процессора.
В прошлом году было достигнуто определенное квантовое превосходство (способность квантовых вычислительных устройств решать задачи лучше, чем классические компьютеры). Китайский фотонный квантовый компьютер «Цзючжан» смог обработать ориентированные на задачи искусственного интеллекта алгоритмы в 180 млн раз быстрее самого мощного классического компьютера. Google заявила (пока лишь в препринте) о достижении квантового превосходства — квантовый компьютер решил задачу в 220 млн раз быстрее обычного. Это еще не тотальное преимущество квантовых технологий, но очевидное приближение к их внедрению.
В России важным достижением стал запуск 16-кубитного квантового компьютера на ионах. Развитие квантовых вычислений — стратегическая задача для науки и технологий. Гонка идет во всем мире — развиваются несколько типов платформ: сверхпроводящие, ионные и др.
Я бы хотел остановиться на концепции создания кубитов на основе магнитных материалов. Сейчас активно развивается спинтроника, в которой изучают спиновые вентили с магнитными материалами с сильным спинорбитальным взаимодействием. При этом в магнитных вентилях интегрируют сверхпроводящие материалы и что делает возможным управление спиновым током в сверхпроводниках. В таких системах возможно индуцирование майорановских локализованных состояний, которые можно использовать для сохранения информации в квантовых компьютерах.
Работы в области спинтроники, в том числе при низких температурах, ведет группа физиков-магнитчиков в ДВФУ вместе с коллегами из России, Китая, Японии и Южной Кореи. Уже получены и опубликованы результаты.
В начале этого года исследователи из Университета Сассекса продемонстрировали, что кубиты могут напрямую передвигаться между микрочипами квантовых компьютеров, и показали это с рекордной скоростью и точностью. Результаты исследования открывают возможности соединения нескольких отдельных чипов и создания мощных квантовых компьютеров с миллионами кубитов. Современные квантовые компьютеры работают в масштабе нескольких сотен кубитов, пойманных в одной ловушке. Существенное масштабирование технологии невозможно без быстрой и эффективной связи между несколькими компонентами. Исследователи полагают, что предложенный метод позволит создать мощные квантовые компьютеры, работающие от миллионов кубитов.
А в июне квантовый компьютер Eagle, принадлежащий IBM, показал лучшие результаты в ответах на вопросы по сравнению с суперкомпьютерами. Техника постобработки для исправления ошибок позволила квантовому компьютеру из 127 кубитов рассчитать физические свойства сложной системы. Впервые система, состоящая более чем из 100 кубитов продемонстрировала возможность давать точные результаты в сложных вычислениях.
