Квантовые компьютеры уже близки к решению реальных задач, почти.

4:13

Ожидается, что квантовые компьютеры смогут решать задачи, которые недоступны самым мощным суперкомпьютерам.

Этот этап называется "квантовым превосходством". Однако остаётся открытым вопрос, действительно ли это достижение уже наступило и как оно повлияет на индустрию.

Термин "квантовое превосходство" был предложен в 2012 году Джоном Прескиллом, профессором теоретической физики из Калифорнийского технологического института, чтобы описать момент, когда квантовый компьютер будет способен выполнить задачу, которую не может решить классический.

Этот момент стал важной вехой для технологических компаний, работающих над созданием квантовых систем. Позже другие исследовательские группы также заявили о похожих успехах.

Тем не менее, некоторые из этих заявлений, были оспорены, когда учёные предложили новые классические алгоритмы, которые могут эффективно конкурировать с квантовыми вычислениями.

Более того, эксперименты, доказывающие квантовое превосходство, часто касаются задач, не имеющих явного практического применения, что говорит о том, что до реальных, полезных квантовых компьютеров ещё далеко.

"Нужно научиться ходить, прежде чем бегать", — сказал Уильям Фефферман, доцент кафедры информатики Чикагского университета.

Как происходят эксперименты по квантовому превосходству

Учёные разработали несколько квантовых алгоритмов, которые теоретически могут значительно ускорить решение задач по сравнению с классическими методами.

Это связано с тем, что квантовые компьютеры могут использовать такие эффекты, как суперпозиция и запутанность, для обработки информации в огромных масштабах.

Однако для того, чтобы эти алгоритмы действительно продемонстрировали своё преимущество, требуется гораздо больше кубитов, чем могут предложить современные квантовые процессоры.

В 2019 году Google продемонстрировала результаты эксперимента, в котором 54-кубитный процессор выполнил ряд случайных операций. Хотя результат эксперимента не имел практической ценности, исследователи подсчитали, что для моделирования этого процесса на суперкомпьютере Summit, самой мощной классической машине в мире на тот момент, потребовалось бы около 10 000 лет.

Принцип квантовых вычислений значительно отличается от классических. Кубиты, в отличие от классических битов, могут находиться в суперпозиции, что позволяет квантовому компьютеру параллельно представлять все возможные комбинации значений.

С другой стороны, существуют трудности в точности моделирования квантовых систем. Современные квантовые компьютеры склонны к ошибкам, что даёт классическим алгоритмам шанс конкурировать.

В 2022 году китайская группа учёных показала, что с помощью суперкомпьютера университетского уровня можно сымитировать эксперимент Google за несколько часов.

Будущее квантового превосходства и полезности

Несмотря на сложности, стремление достичь квантовой полезности, т. е. значительного ускорения решения реальных задач, остаётся важной целью.

Некоторые компании, включая IBM, надеются, что квантовые компьютеры, даже с ошибками, смогут продемонстрировать значительное преимущество в некоторых областях в ближайшие годы.

Google недавно представила процессор "Уиллоу", который стал первым, устранившим больше ошибок, чем было допущено при увеличении числа кубитов в логическом кубите. Это знаменует собой шаг в направлении создания безошибочных квантовых вычислений.

Однако, как отмечают учёные, до появления квантовых компьютеров, которые смогут выполнять практические задачи без ошибок, ещё далеко.

В ближайшие годы важным шагом будет развитие квантовых систем, которые смогут корректировать свои ошибки, что потребует гораздо больше кубитов, чем есть на данный момент.

Уточнения

Ква́нтовое превосхо́дство — способность квантовых вычислительных устройств решать проблемы, которые классические компьютеры практически не могут решить. Квантовое преимущество — возможность решать проблемы быстрее. С точки зрения теории сложности вычислений под этим обычно подразумевается обеспечение суперполиномиального ускорения по сравнению с наиболее известным или возможным классическим алгоритмом.  

Автор Алексей Тимошкин
Алексей Тимошкин — внештатный корреспондент новостной службы Правда.Ру
Обсудить