Google здійснив прорив у розробці квантових комп'ютерів

У деяких наукових сферах, як-то шифруванні даних, розробці медикаментів та матеріалів чи розвиткові штучного інтелекту, максимальні можливості класичних комп'ютерів вже давно вичерпано. Необхідні обчислення тривають нескінченно довго або ж взагалі вже неможливі.

Тому науковці по всьому світу всіма силами працюють над тим, аби використати для вирішення завдань потенціал квантових комп'ютерів. Адже вони могли б розв'язати математичні проблеми дуже швидко.

Чим відрізняються квантові комп'ютери від звичайних?

Технічно потенціал класичних комп'ютерів цілковито вичерпано. Такі комп'ютери працюють із бітами, які можуть мати тільки два значення - 0 або 1, тобто "вимкнено" чи "увімкнено".

Натомість квантові біти, які також називають кубітами, можуть мати необмежену кількість значень. Завдяки цьому квантові комп'ютери можуть рахувати набагато швидше, але роблять також більше помилок. "Зовнішні подразники (приміром, тепловипромінювання, електронний шум тощо) або ж внутрішні (приміром, дефекти матеріалів)" спричиняють помилки в обчисленнях, пояснює професор Штефан Філіпп (Stefan Filipp) з Технічного університету Мюнхена. "І хоча ці помилки сьогодні вже дуже незначні (від однієї тисячної до однієї десятитисячної кожної операції), але цього ще недостатньо, аби запускати достатньо довгі алгоритми", - каже він.

Тому розвиток квантових комп'ютерів перебуває поки що на початковій стадії. На даний момент науковці працюють із 100 кубітів. Незабаром це мають уже бути 10000 кубітів, у перспективі це можуть бути і 10000000 кубітів.

Спеціальний чип Google

Наявні досі розробки квантових комп'ютерів замалі та роблять надто багато помилок, аби дійсно покращити наявні технічні можливості для обчислень. Крім того, чим більша обчислювальна потужність (число кубітів), тим вищим є коефіцієнт помилок.

Команда науковців із американського технологічного концерну Google знайшла та виправила помилки за допомогою так званого поверхневого коду. Для цього вони об'єднали кілька схильних до помилок фізичних кубітів в один менш схильний до помилок логічний кубіт. І це дало результат.

За словами Маркуса Мюллера (Markus Müller), професора теоретичної квантової технології Рейнсько-Вестфальської вищої технічної школи Аахена, команді з Google вперше вдалося досягти виправлення квантових помилок, яке саме по собі має коефіцієнт помилок нижче за гранично допустимий поріг. Виправлення помилок є вирішальним для розробки змінюваних та придатних для практичного застосування квантових комп'ютерів.

Шлях до розробки таких комп'ютерів і прокладає квантовий процесор Willow від Google, зазначають у статті у фаховому науковому журналі Nature вчені на чолі з німецьким інформатиком Гартмутом Невеном (Hartmut Neven). Він заснував та очолює "лабораторію квантового штучного інтелекту" (Quantum Artificial Intelligence Laboratory) Google.

Чи з'явиться незабаром квантовий комп'ютер?

Хоча команді з Google вдалося зробити вирішальний крок, науковці так само відзначають, що коефіцієнт помилок, якого вдалося досягти, досі залишається зависоким, аби таким комп'ютер був придатний для практичного застосування.

Квантовий процесор Willow складається зі 105 надпровідних кубітів. Аби досягти прийнятних коефіцієнтів помилок, за підрахунками науковців, потрібно 1457 фізичних кубітів. Але тоді обчислення триватимуть набагато довше. "Аби зрештою рахувати, по суті, без помилок і надійно, коефіцієнт виправлення помилок має зростати швидше, ніж коефіцінєнт помилок", - каже професор Міхаель Гартманн (Michael Hartmann) з Університету Ерлангена-Нюрнберга. "Із нинішньою якістю кубітів потрібно від 100 тисяч до мільйона кубітів, аби проводити великі обчислення, нечутливі до помилок. Із цього стає зрозуміло, наскільки далеким іще є шлях", - підсумовує Гартманн.

Читайте також: