Квантовый компьютер перешел важный рубеж от теоретических задач к практическим
Если эволюцию квантовых вычислений сравнивать с развитием воздухоплавания, то до сих пор квантовые компьютеры можно было уподобить воздушным шарам: красивые, интересные, могут катать туристов... Но не несут практической пользы. И вот, в 2025 году ситуация переломилась.
«В этом году можно говорить о том, что “аппарат тяжелее воздуха с человеком на борту поднялся и, более того, перевез полезный груз”. Коллеги показали выдающуюся работу, в которой наконец-то решается задача, потенциально подходящая для описания чего-то полезного, например процессов катализа (в химии это важная и серьезная задача). «Железо», на котором это сделано — ионная платформа, содержащая 56 ионов и, соответственно, 56 кубитов. Но отличительная особенность этого устройства — не количество кубитов, оно по нынешним временам скромное, а два обстоятельства. Во-первых, квантовые операции там производятся с очень высокой точностью, с очень маленьким уровнем шумов (погрешностей — прим.Ред.). Во-вторых, это устройство с хорошей связностью, то есть с его помощью можно проводить межкубитные операции», — Алексей Рубцов, д.ф-м.н., руководитель научной группы Российского квантового центра, профессор МГУ им. М.В.Ломоносова, профессор РАН.
Таким образом можно говорить о создании процессора, способного эффективно выполнять пока небольшие, но универсальные алгоритмы на квантовом языке программирования. Причем это алгоритмы, решающие реально важные исследовательские задачи.
Что такое квантовый компьютер, как он работает, для чего нужен и кто занимается разработкой этих устройств — читайте в нашей статье. Рассказывает один из создателей квантовых компьютеров в России Александр Борисенко.
Еще совсем недавно крупные участники квантовой гонки любили по любому поводу заявлять о своем так называемом «квантовом превосходстве» — даже если решенная задача носила совершенно искусственный характер. Как только речь зашла о коммерческом промышленном применении, пафоса убавилось, зато в заявлениях зазвучали ответственные нотки. Тысячи кубитов, которые плохо согласуются, уже никого не удивляют. Есть устройства, которые уже запущены в серийное производство.
Еще одним важным итогом 2025 года стало то, что определилась лидирующая технология для создания квантовых информационных ячеек-кубитов. Ситуация, конечно, в будущем может поменяться. Но на данный момент преимущество получили системы на ультрахолодных атомах и ионах. Их ученые смогли максимально долго удерживать в состоянии квантовой согласованности. Не может не радовать, что экспериментальный, но полностью работоспособный квантовый компьютер на основе металлических ионов построен в этом году в Физическом институт имени Лебедева Российской академии наук. Причем всего на 25 частицах он реализует целых 50 логических кубитов. Ведь 25 — это в два раза меньшe, чем 50! Как же это получается?
«Обычные квантовые компьютеры устроены так: на одном ионном уровне выбирают два уровня и используют их для кодирования квантовой информации. Тут один ион — это один кубит. Мы же можем использовать в одном ионе большее число уровней, например — четыре уровня в каждом ионе. И таким образом это уже не двухуровневая система, а четырехуровневая. И в одном ионе мы можем уместить теперь количество информации, которое эквивалентно двум кубитам», — Илья Заливако, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник лаборатории «Оптика сложных квантовых систем» ФИАН.
В случае квантового компьютера 2х2 — получается четыре возможности. Такое решение позволяет масштабировать систему с меньшими затратами на удержание и охлаждение ионов. Ведь добавление одной физической частицы приводит к появлению сразу двух новых логических ячеек. Этот компьютер уже решает вполне практические задачи. Например, он успешно обучил нейросеть распознавать рукописные буквы.
Конечно, может возникнуть вопрос — зачем использовать возможности квантового компьютера для задачи, с которой, вроде бы, справляется классический?
«Да, это хороший вопрос. Известно, что обучение нейронных сетей — задача, которая решается классическими компьютерами. С другой стороны, мы знаем, например, что в США сейчас строятся три новые электростанции для того, чтобы питать дата-центры, в которых происходит обучение нейросетей. (Раньше ученые подсчитали, что к 2030 году дата-центры для ИИ будут потреблять энергии больше, чем, к примеру, вся Япония — прим.Ред.). То есть процесс, который люди умеют делать довольно хорошо классически, при этом требует гигантское количество ресурсов», — Илья Заливако.
Ученым удалось проверить, что новое устройство хорошо справляется с классической квантовой задачей оптимизации. Компьютер этот пока экспериментальный. И все же он подтверждает главную тенденцию 2025 года — квантовые компьютеры приносят практическую пользу.
«Уже есть компании, которые пробуют работать с квантовыми компьютерами, подключаясь через облако. Спрос есть. Какие-то прототипы полезных задач уже были решены — теплопроводности, обучение нейронных сетей. Пока что люди присматриваются, учатся, как с этим работать», — Илья Заливако.
В чем квантовые компьютеры смогут заменить устройства классические? И когда это произойдет? Читайте материал на сайте.
