© 2019, IPQuorum

Кубит Шредингера: заменит ли квантовый компьютер традиционный ПК

Российский разработчик электроники и робототехники «Хамстер роботикс» представил первый отечественный мини-ПК на процессоре «Байкал» и с операционной системой «Альт Линукс». С одной стороны, это событие вызвало немалый интерес со стороны технических экспертов, а с другой – госструктур, перед которыми все острее стоит задача перейти на российский софт. Однако еще в далеком 2010 году Стив Джобс сделал революционное заявление о том, что персональный компьютер мертв. Тогда его поддержали многие авторитетные издания и эксперты в области IT, в один голос объявившие о смерти ПК. Действительно, по данным Gartner, этот сегмент рынка стремительно сокращается седьмой год подряд. По сравнению с 2011 годом объем продаж стационарных компьютеров упал на 30%, составив в 2018 году всего 259 миллионов единиц этой техники – цифра, сопоставимая с показателями далекого 2006 года. У пользователей все большим спросом пользуется сочетание функциональности, дизайна и производительности. Так, по прогнозам экспертов, на фоне общего спада продаж только устройства 2-в-1 и ультратонкие ноутбуки покажут положительный рост в ближайшее время.

Тем не менее нельзя отрицать, что за последнее десятилетие персональный компьютер сильно эволюционировал. Ноутбуки, планшеты и смартфоны вытеснили его как базовое устройство для работы, казуальных игр и веб-серфинга, но стационарный компьютер остается незаменимым для выполнения специализированных функций. Благодаря более мощному процессору и возможностям по кастомизации ПК лучше приспособлен к работе с графикой, запуску «тяжелых» современных игр, проведению сложных вычислений и исполнению других функций «рабочей станции».

Прорыв в квантовых технологиях еще раз доказал, что компьютер не собирается легко сдаваться и полностью уступать своим мобильным аналогам. Квантовый процессор Google, презентованный компанией в сентябре прошлого года, всего за три с половиной минуты справляется с задачей, на решение которой у самого передового суперкомпьютера ушло бы около десяти тысяч лет. О том, что это означает для обычного потребителя и в каком направлении будет развиваться технология, рассказали эксперты.

 «Квантовый компьютер, что бы ни говорили скептики, уже существует. Пусть пока это не самое производительное вычислительное устройство, но квантовое превосходство было продемонстрировано. Созданный Google сверхпроводниковый квантовый симулятор на выбранном алгоритме показал гораздо более высокую производительность, чем самый мощный классический компьютер. Экспериментальные исследования по созданию квантового компьютера ведутся во многих исследовательских центрах по всему миру. Огромные финансовые средства вкладываются в эту область, причем фундаментальных запретов на создание таких машин нет – дело только в достижении определенного технологического уровня», – сказал генеральный директор концерна «Автоматика» госкорпорации «Ростех» Владимир Кабанов.

Термин «квантовое превосходство» обозначает способность квантовых вычислительных устройств решать проблемы, недоступные для классических компьютеров – независимо от пользы и практической применимости этих результатов. Для выполнения своих вычислений квантовый компьютер использует сложнейшие явления квантовой механики – квантовую запутанность и суперпозицию, объяснил руководитель лаборатории криптографии АО «НПК «Криптонит» (входит в «ИКС Холдинг») Василий Шишкин.

«Потенциальное превосходство квантового компьютера перед классическим заключается в том, что квантовый вычислитель оперирует не обычными битами, а квантовыми – кубитами. В отличие от битов, которые в каждый момент времени могут находиться только в одном из двух состояний – 0 или 1, кубиты принимают оба эти значения с некоторой вероятностью. Это явление называется квантовой суперпозицией», – рассказал Шишкин. Благодаря своим особенностям кубиты могут нести гораздо больше информации, что радикально увеличивает вычислительные мощности квантового компьютера.

Однако, отмечает эксперт, при разработке такого устройства возникает ряд практических трудностей: «Как только пользователь считывает значение кубита, он теряет квантовое свойство и превращается в обычный бит с одним постоянным значением. Поэтому входные данные записываются в виде системы кубитов, а вычисления проводятся без измерения их значений. Как только значения кубитов считываются, вычисления прекращаются».

Кроме того, при создании квантового компьютера нужно учитывать и такое явление, как квантовая запутанность. «Это означает, что кубиты должны находиться в зависимых состояниях. Например, если при измерении одного кубита мы получаем значение 1, то результат измерения всех связанных с ним кубитов даст 0. Основная текущая технологическая проблема заключается в том, что системы связанных кубитов крайне нестабильны и очень быстро приводят к появлению ошибок. Причем чем больше кубитов, тем короче период стабильной работы», – пояснил эксперт.

Эта особенность объясняет, почему в существующих квантовых вычислителях так мало кубитов. Однако ежегодно это число растет: к примеру, в первом квантовом вычислителе, протестированном IBM в 2001 году, было всего семь кубитов, а в представленном Google в 2019 году квантовом процессоре Sycamore – уже 53.

Действительно, последние три года наблюдается двукратный ежегодный рост числа кубитов в квантовых компьютерах, так что у технологии есть большие перспективы, говорит Сергей Ширкин, декан факультетов искусственного интеллекта и аналитики Big Data в GeekUniversity, образовательном портале GeekBrains: «В квантовых вычислениях ожидаются как минимум ежегодные небольшие прорывы, которые в итоге должны привести к тому, что значительная часть вычислений для искусственного интеллекта будет выполняться на квантовых компьютерах. Это может произойти в ближайшие десять лет при условии, что инвестиции в исследования станут расти и будет увеличиваться число разработчиков квантовых компьютеров. Технологии такого уровня обычно становятся доступны повсеместно: доступ к квантовому компьютеру можно получить как часть облачного сервиса».

Технологии создания квантового компьютера требуют совершенствования, считает сооснователь ООО «Крона», доктор физических наук Иван Аткнин. «Отдельные научные прорывы случаются регулярно, но это самое начало пути – ученые только сейчас поняли, что это возможно. В ближайшие пять лет настоящего квантового прорыва точно не случится, первые успехи будут только лет через десять. Так, технологии искусственного интеллекта были созданы более 50 лет назад, но реальное применение началось совсем недавно. При этом ИИ гораздо более простая технология, чем квантовый компьютер», – прогнозирует ученый.

Эволюция компьютера показательна: прорывные для своего времени разработки сначала внедряются в специализированных сферах и только потом получают широкое бытовое распространение. Так, первые прототипы компьютера, появившиеся в 1940-х годах, использовались исключительно в военных и научных целях. Они занимали целые комнаты, весили десятки тонн и могли проводить до нескольких тысяч операций в секунду. Эра персонального компьютера началась только в 1980-х годах благодаря «Макинтошу» Стива Джобса. Устройство стоило две с половиной тысячи долларов, весило чуть меньше десяти килограмм и могло управляться даже ребенком. К моменту, когда Джобс объявил о смерти ПК в 2010 году, он стал неотъемлемой частью жизни большинства людей. Вероятно, со временем то же самое произойдет и с квантовым компьютером. Однако, по мнению экспертов, обычному потребителю не стоит ждать персональных квантовых устройств по крайней мере ближайшие десять лет.

Пока же все работы в этой сфере носят исследовательский характер, а полученные результаты нужны в первую очередь научно-технологическому сообществу, сетует ректор Университета Иннополис, советник Российского квантового центра Александр Тормасов. «Индустрия только начинает интересоваться квантовыми технологиями. В Российском квантовом центре мы обсуждаем создание операционных систем для работы с квантовыми компьютерами. Также в ближайшие десять лет на рынок могут выйти квантовые устройства, позволяющие измерять время с высокой точностью. Это станет толчком для дальнейшего технологического развития, так как мы сможем получить систему спутникового позиционирования, у которой повысится масштаб распознавания со 100 метров до 30 сантиметров. Тогда мы сможем из космоса увидеть шаги человека», – заключил эксперт.

 

 

Другие публикации