Пока квантовые компьютеры кажутся чем-то из области научной фантастики. Но пройдет еще пять-десять лет, и они вполне могут превратиться в реальность.

«Сейчас эти системы только начинают находить себе практическое применение, — отметил аналитик компании Pund-IT Чарльз Кинг. — Несмотря на то что определенные виды вычислений они выполняют быстрее традиционных компьютеров, им присущи и свои ограничения. И если настоящие, полностью работоспособные квантовые системы наконец появятся, ИТ-специалистам придется переосмысливать определенные задачи и уходить от привычных решений».

Время это еще не настало, но аналитики полагают, что мы приближаемся к нему.

А пока в компьютерной отрасли и в мире физики ведутся дебаты о том, действительно ли канадская компания D-Wave Systems сумела построить квантовый компьютер, мы видим все новые свидетельства того, что квантовая система показывает результаты.

НАСА и Google, тестировавшие квантовую систему D-Wave больше года, сообщили, что компьютер D-Wave 2X решил одну из задач в 100 млн раз быстрее обычного компьютера, оснащенного одноядерным процессором.

Директор Google по проектированию Хартмут Невен заявил, что квантовый компьютер D-Wave способен за секунду решать задачи, на выполнение которых у классического компьютера с одноядерным процессором ушло бы 10 тыс. лет.

В отличие от универсализма классических вычислительных систем, машина D-Wave ориентирована на решение специализированных задач, для которых она и создавалась. В первую очередь речь идет о задачах оптимизации, требующих масштабных однотипных вычислений, чаще всего связанных с перебором множества комбинаций исходных данных и поиска ответов на очень сложные вопросы.

Ученые надеются, что когда-нибудь квантовые компьютеры будут использоваться для поиска путей лечения онкологических заболеваний и болезни Альцгеймера. Они могли бы найти применение и в деле создания безопасных компьютерных сетей, а также при поиске далеких и, возможно, обитаемых планет.

Устроители испытаний в НАСА уверены, что добились многообещающих результатов, однако есть определенные оговорки, и главная в том, что компьютер специально был спроектирован с расчетом на задачу оптимизации, которая решалась в процессе тестирования.

Классический пример задачи оптимизации — выбор оптимального маршрута для коммивояжера, которому надо посетить несколько городов. С увеличением их количества число возможных маршрутов растет так быстро, что обычный компьютер перестает справляться с решением за разумное время.

Похожие задачи существуют для космических миссий и управления воздушным движением — этим областям в НАСА выделяют значительный объем вычислительных ресурсов. В задаче, которая решалась при испытаниях D-Wave, переменных было около тысячи.

«Есть масса задач, которые нельзя оптимально решить на традиционных суперкомпьютерах за разумный период времени ввиду их экспоненциальной сложности, а системы на квантовой основе дают такую возможность», — подчеркнул Рупак Бисвас, директор по исследовательским технологиям Центра НАСА им. Эймса.

Машина, установленная в НАСА, — одна из трех, созданных в ­D-Wave. Еще одна работает в Лос-Аламосской национальной лаборатории, а третья находится в собственности компании Lockeed Martin и действует в Университете Южной Калифорнии.

Когда в НАСА опубликовали результаты самых первых испытаний компьютера D-Wave, разгорелись нешуточные споры относительно того, можно ли считать, что машина опережает по быстродействию обычные компьютеры. Но система первого поколения имела 512 кубитов, а нынешняя — 1097.

Успехи, о которых сообщают НАСА и Google, помогают отрасли еще на один шаг приблизиться к созданию настоящего квантового компьютера. В сентябре НАСА и Google подписали с компанией D-Wave Systems соглашение, предусматривающее тестирование ее новых квантовых компьютеров в том случае, если они будут разработаны в ближайшие семь лет.

Google и НАСА используют эти машины для работ в области искусственного интеллекта и машинного обучения.

D-Wave Systems — не единственная компания, работающая над созданием квантовых компьютеров. В апреле в IBM заявили, что достижения их исследователей позволили на несколько лет приблизиться к созданию реально работающей квантовой системы.

И вот теперь в IBM приступают к реализации программы исследовательского агентства IARPA (Intelligence Advanced Research Projects Activity), подчиняющегося Управлению директора национальной разведки США. Компания получила многолетний грант на проведение исследовательских работ, которые позволят ей продолжить создание квантовой системы.

До сих пор сложности возникают не только с непосредственным построением квантовых систем, но и с разъяснением принципов их работы
Источник: D-Wave Systems

Сообщения, поступающие от D-Wave Systems и IBM, свидетельствуют о достижении определенного прогресса в этой очень сложной области.

Сложности возникают не только с непосредственным построением квантовых систем, но и с разъяснением принципов их работы. Даже некоторые ведущие физики мира признают, что не понимают этого. Классический компьютер использует для выполнения команд нули и единицы (известные как биты), а вычисления выполняются линейным способом. В квантовом компьютере вместо битов используются кубиты. Оперируя кубитами, квантовая машина функционирует не так, как традиционные компьютеры, и может одновременно рассчитать все возможные варианты.

«Квантовые компьютеры находятся пока в начале своего пути, — отметил аналитик IDC Стивен Конвей. — А рядом с ними сформировалось любящее подискутировать и временами весьма язвительное сообщество. Первый вопрос всегда звучит так: а настоящий ли это квантовый компьютер? В фарватере квантовых систем движется компания D-Wave, у которой имеются реально работающие прототипы. Некоторые утверждают, что настоящими квантовыми компьютерами их назвать нельзя, но в Google и НАСА эти системы считают вполне заслуживающими тестирования. В IBM заявили, что новый грант поможет им продолжить ранее начатое дело. Отрадно, что такая мощная компания, как IBM, приложит еще больше усилий к раскрытию потенциала квантового компьютера. Пока лишь очень небольшому числу организаций удалось глубоко погрузиться в эту область. Пройдут годы, прежде чем квантовые компьютеры сформируют серьезный рынок, а предприятия начнут рассматривать квантовые машины в качестве жизнеспособной части своего вычислительного арсенала. Ситуации, при которой квантовые компьютеры в одночасье вытеснят традиционные, мы не увидим. Это будет очень долгий процесс исследований и экспериментов».

А вот Кинг полагает, что возможности квантовых компьютеров можно будет ощутить значительно раньше, возможно, уже через пять-десять лет. Работы IBM заложили основы, которые позволят исследователям продвигаться вперед быстрее, чем ожидалось.

«Компания уже продемонстрировала некоторые возможности квантовых компьютеров, включая реализацию концепции обнаружения и коррекции ошибок, — напомнил он. — А предоставление гранта со стороны IARPA свидетельствует о высокой степени уверенности в успешном завершении проекта. Отличные новости для IBM». Пожалуй, это прекрасные новости и для всей отрасли в целом.

«Мне кажется, что с активизацией и увеличением финансирования квантовых проектов у нас появляется реальная возможность создать вполне жизнеспособную технологию, — добавил Кинг. — И если это произойдет уже через несколько лет, мы сможем говорить о том, что компьютеры, являвшиеся ранее прерогативой научной фантастики, становятся полноправной частью нашей жизни».

Купить номер с этой статьей в PDF