Современное состояние квантовых компьютеров и что о них нужно знать

Еще совсем недавно квантовые вычисления были уделом фантастов. Сегодня это не просто реальность, а существуют рабочие экспериментальные машины и анонсируются уже коммерческие модели квантовых компьютеров. Написан особый язык программирования. Также в августе 2021 года был анонсирован Кристалл времени от Google, который способен менять своей состояние без затрат энергии. Российские ученые также не остались в стороне и вложили весомый вклад в разработку, исследования и эксперименты с квантовыми вычислениями.

Прогресс последних лет

С середины 80-х велись активные фундаментальные работы, а в 90-х уже перешли к формированию базовых понятий, экспериментальным кубитам и языку программирования. Квантовый компьютер от Google произвел настоящий фурор в данной сфере в 2019 году. На данный момент он является самым мощным известным устройством такого плана.

В России усилиями ученых, программистов и инженеров шло бурное развитие тематики квантовых вычислений. Андрей Масалович сформировал основные понятия и приоритетные направления использования компьютеров на новом принципе. Наиболее близкой к реализации была выбрана безопасность, конфиденциальная связь. Сегодня уже есть российские устройства, обеспечивающие контроль невмешательства в переговоры на основе квантовых ключей.

Однако лишь крупные инвестиции позволили добиться существенного прорыва в создании полноценного компьютера. В России 2005 года запустили двухкубитную установку на японский грант, а в США соревновались IBM и Intel. Они с 7 кубитов в 2007 году развились до 51 в 2018. Но их обошла Google, использовав несколько прорывных решений они создали Sycamore, самый мощный квантовый компьютер из 54 кубит. Ему нужно всего 200 секунд на специфических вычислениях, которые обрабатываются на мощнейших суперсистемах месяцы и даже годы.

Новые горизонты с квантовыми компьютерами

Текущие процессоры перебирают вычисления и затрачивают на это много времени. Квантовые кубиты могут находиться сразу в трех переменных. Они значительно быстрее решают адаптированные задачи, иногда возможно получить результат за минуту.

Однако неверно связывать все надежды с квантовой эрой, системы имеют довольно ограниченный круг применения:

• Безопасность. Нахождение в суперпозиции и квантовая связанность позволяет отслеживать любое вмешательство в систему, подслушивание разговора.
• Обсчет гигантских массивов неструктурированных данных. Сюда можно отнести вычисление белков, моделирование ДНК, создание новых материалов или лекарств.
• Оптимизация процессов с массой неизвестных. Квантовые компьютеры пригодятся при оптимизации логистики, управлении потоками людей, финансовом моделировании и прогнозировании.

На данный момент вычисления очень ограничены. Однако Google и IBM уже работают над новым поколениям квантовых компьютеров. К 25 году должны появиться системы с 1000 логическими кубитами, а установки на 150-250 кубитов поступят в продажу.