Квантовые вычисления в облаке: где мы находимся сегодня

Квантовые вычисления — это следующее поколение вычислений. В отличие от традиционных компьютеров, эти квантовые компьютеры получают вычислительную мощность, используя квантовую физику. Теоретически квантовые компьютеры намного быстрее, чем типичный компьютер с Windows 10, и даже быстрее, чем самые мощные суперкомпьютеры, которые у нас есть сегодня. Когда пользователи получают доступ к компьютерам на основе квантовой физики через Интернет, это квантовые вычисления в облаке.

За последние несколько лет в этой области было проведено множество исследований, но мы не добились существенного прогресса из-за довольно туманной научной концепции квантовых вычислений.

Хорошая новость заключается в том, что многие начинающие компании, а также технологические гиганты, включая Microsoft, IBM и Google, понимают важность прогресса в этой области, потому что это действительно следующий большой шаг в мире технологий и вычислений.

В этой статье мы рассмотрим прогресс, достигнутый различными компаниями, а также реалистичный график того, когда квантовые вычисления станут бытовой технологией.

Но перед этим давайте кратко разберемся с кубитами — фундаментальными вычислительными единицами в квантовом компьютере, поскольку мощность квантового компьютера, а также достижения в этой области измеряются с помощью этих единиц.

Что такое кубит

Квантовые биты или кубиты — это вычислительные биты в квантовых машинах. В традиционных компьютерах, которые мы используем сегодня, биты являются основными вычислительными единицами, и они могут хранить только два значения — 0 и 1. Но кубиты могут хранить несколько значений, и это делает их такими мощными. В довершение всего эти кубиты могут влиять друг на друга, даже если они не связаны, посредством процесса, называемого запутыванием. Все это означает, что их вычислительная мощность просто феноменальна.

Вот почему добавление даже одного кубита может экспоненциально увеличить вычислительную мощность машины. И если вам интересно, даже нескольких кубитов достаточно, чтобы обогнать лучшие суперкомпьютеры, которые у нас есть сегодня.

Почему при таких феноменальных возможностях на рынке так мало кубитов и квантовых компьютеров?

Что ж, создавать эти кубиты и, что более важно, поддерживать их непросто, поскольку они могут быстро менять свое состояние. В реальном мире даже небольшие изменения температуры, малейшие вибрации или шум могут изменить состояние кубитов и, в свою очередь, увеличить вероятность ошибок. Итак, компаниям приходится придумывать оригинальные способы, чтобы эти кубиты сохранялись в стабильном состоянии в одних и тех же условиях в течение многих лет — и это настоящая проблема.

Давайте посмотрим, как некоторые ведущие специалисты в области квантовых вычислений справились с этой задачей и какой прогресс они добились в этом отношении.

Отказаться от вычислений

Rigetti Computing — это начинающая компания, которая разработала квантовый процессор, работающий с колоссальными 128 кубитами. Недавно Rigetti также представила Quantum Cloud Service, или сокращенно QCS, которая основана на существующих квантовых вычислениях в наборе инструментов облачного программирования. Этот сервис объединяет как традиционные, так и квантовые компьютеры на одной облачной платформе, чтобы помочь пользователям создавать приложения, использующие мощь кубитов.

Если мы сможем подключиться к мощности этого компьютера, не будет предела скорости и характеру вычислений, которые мы можем выполнять. К сожалению, у нас пока не так много приложений для проверки мощности этого квантового компьютера. Rigetti объявила приз в размере 1 миллиона долларов для любой команды или отдельного человека, которые придут с приложением для проверки вычислительной мощности своего 128-кубитного компьютера.

До сих пор только один проект, который вычисляет моделирование дейтрона, смог поцарапать использование квантового компьютера. Но, тем не менее, он не использует всю мощь, потому что такое же моделирование можно выполнить и на суперкомпьютерах, за исключением того, что скорость квантового компьютера намного выше. Другие исследовательские группы также изучают эту область, поэтому вскоре мы можем ожидать множество реальных приложений, использующих QCS.

Бристлекон от Google

В начале 2018 года Google представила свой новый чип для квантовых вычислений под названием Bristlecone. Этот чип имеет 72 кубита, что на данный момент является вторым по величине. Следующим ближайшим конкурентом является IBM с квантовым компьютером на 50 кубитов. Теперь вы можете подумать, что разница составляет всего около 22 кубитов, но реальная разница в вычислительной мощности огромна.

Google поддерживает состояние кубитов с помощью сверхпроводящих цепей, температура которых ниже, чем обычно наблюдается в открытом космосе. Google считает, что это лучший способ изолировать эти биты от изменений окружающей среды.

Однако на момент написания этой статьи не было доступных практических приложений для проверки мощности и возможностей Bristlecone.

IBM Q

IBM является одним из пионеров квантовых вычислений, поскольку ее 50-кубитный компьютер доступен для использования через облачную платформу под названием IBM Q.

Многие исследовательские группы успешно подключились к этому облачному сервису. Согласно блогу IBM Q, группа исследователей использует IBM Q для отбора проб микропластика в поверхностных водах вокруг острова Новая Земля в арктическом регионе. В частности, он используется для того, чтобы отличить микроволокна от биоразлагаемых волокон, чтобы оценить влияние пластика на океан. Кроме того, IBM утверждает, что более 100 000 пользователей, включая исследователей, академиков, стартапы, компании из списка Fortune 500, национальные исследовательские лаборатории и другие, используют бесплатный сервис IBM Q для своих проектов. Даже такие финансовые гиганты, как JPMorgan Chase и Barclays, стремятся использовать IBM Q для улучшения своих финансовых предложений.

КвТек

QuTech — голландская исследовательская организация, которая добилась быстрых успехов в мире квантовых вычислений. Это исследовательское подразделение, возглавляемое профессором Лео Кувенховеном и расположенное в Делфтском технологическом университете, создало кубиты, которые, по их мнению, могут быть защищены от внешних воздействий. Фактически, Kouwenhiven утверждает, что их кубиты будут стабильны в любых условиях, как узлы на веревке, поэтому исследователи могут придумать способы их использования.

В 2015 году Intel и QuTech заключили партнерское соглашение, чтобы ускорить развитие квантовых вычислений.

Станция Microsoft Q

Microsoft использует совершенно другой подход к квантовым вычислениям. Вместо того, чтобы пытаться стабилизировать ненадежные кубиты, компания разрабатывает новый вид кубитов, называемый топологическим кубитом, который больше подходит для массового производства квантовых компьютеров. Эта исследовательская группа, названная Station Q, возглавляемая Майклом Фридманом, основана на открытии субатомных частиц в Нидерландах в 2012 году.

Хотя это может быть и лучший подход, мы должны подождать и посмотреть, во что это выльется, потому что ведутся яростные дебаты о самом существовании субатомных частиц!

Теперь, когда мы увидели впечатляющие достижения этих компаний, пришло время получить реалистичное представление о том, куда мы движемся, когда речь идет о квантовых вычислениях в облаке.

Будущее квантовых вычислений в облаке

Хотя мы добились быстрых успехов в области квантовых вычислений, мы все еще далеки от создания коммерческого и пригодного для использования квантового компьютера. Часть проблемы заключается в том, что у нас недостаточно приложений, которые действительно могут использовать мощь кубитов. Сегодня все проекты, использующие квантовые вычисления, можно выполнять и на традиционных компьютерах, хотя на первом результаты будут намного быстрее. Это означает, что в настоящее время мы не можем разработать приложения, которые будут способствовать использованию квантовых вычислений в облаке, хотя это может произойти в будущем.

Итак, что все это значит для вас?

Как и искусственный интеллект несколько лет назад, квантовые вычисления также находятся в зачаточном состоянии. Но вскоре мы начнем использовать возможности квантовых компьютеров и, надеюсь, даже придумаем способы, которые могут увеличить их потенциал и вычислительную мощность.

Но что это будет за событие или приложение, которое изменит ставки для квантовых вычислений в облаке?

Время — это ответ. А пока давайте продолжим следить за захватывающими исследованиями, которые проводятся в этой отрасли, чтобы мы были готовы максимально использовать квантовые вычисления в облаке, как только это произойдет.