Физики создадут квантовый компьютер размером с футбольное поле

Ученые из Великобритании представили первые, как они выражаются, "реалистичные" планы по постройке полноценного квантового компьютера, размеры которого будут сопоставимы с футбольным полем, а цена будет составлять как минимум 125 миллионов долларов, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

"Да, он будет очень большим, да, он будет очень дорогим – но мы можем построить такое устройство прямо сегодня. Постройка универсального квантового компьютера фундаментальным образом трансформирует облик всего общества Земли. Конечно, трудности есть, но сейчас наступает время для того, чтобы перенести успехи из лабораторий в реальный мир. Постройка такого компьютера сделает Британию лидером в этой области, и я рад, что правительство и промышленность работают сейчас со мной для реализации этой задачи", — заявил Уинфрид Хенсингер (Winfried Hensinger) из университета Сассекса (Великобритания).

Квантовая неопределенность

Квантовые компьютеры представляют собой особые вычислительные устройства, чья мощность растет экспоненциальным образом благодаря использованию законов квантовой механики в их работе. Все подобные устройства состоят из кубитов — ячеек памяти и одновременно примитивных вычислительных модулей, способных хранить в себе одновременно и ноль, и единицу.

Сегодня существует два основных подхода к разработке подобных устройств – классический и адиабатический. Сторонники первого из них пытаются создать универсальный квантовый компьютер, кубиты в котором подчинялись бы тем правилам, по которым работают обычные цифровые устройства. Работа с подобным вычислительным устройством в идеале не будет сильно отличаться от того, как инженеры и программисты управляют обычными компьютерами.

В прошлом году сразу несколько команд ученых и инженеров из США, Австралии и ряда европейских стран заявляли о том, что они близки к созданию подобной машины. Лидером в этой неформальной гонке считается команда Джона Мартиниса из компании Google, разрабатывающая необычный "гибридный" вариант универсального квантового вычислителя, сочетающего в себе элементы аналогового и цифрового подхода к таким расчетам.

Хенсингер и его коллеги заявляют, что у них есть шансы опередить группу Мартиниса, и в доказательство этого они представили схемы полноценного квантового вычислительного устройства, работающего по другому принципу, нежели компьютер Google. В нем, как рассказывают ученые, роль кубитов – элементарных ячеек памяти и вычислительны модулей – будут играть не кусочки сверхпроводиков и токи в них, а ионы, заключенные в магнитные ловушки, поведением которых ученые манипулируют при помощи микроволновых излучателей и магнитного поля.

Назад в будущее

По словам Хенсингера, такими кубитами гораздо проще управлять, чем сверхпроводниками, и объединение большого количества кубитов и добавление новых вычислительных элементов не вызывает так много проблем, как у других подходов, вроде полупроводниковых кубитов или их сверхпроводниковых аналогов.

Этот подход известен ученым давно, однако у него есть несколько проблем, которые делали его сравнительно малопопулярным для создания полноценных квантовых вычислителей. Две главных проблемы – необходимость охлаждения таких кубитов до сверхнизких температур и фактическая невозможность их миниатюризации для использования внутри компактных микрочипов.

И тот и другой фактор, как считает Хенсингер и его единомышленники, не являются проблемами, если есть политическая воля и средства для их преодоления. По его мнению, квантовая компьютерная индустрия может пойти по стопам разработчиков "классических" компьютеров. Изначально, напоминает всем ученый, они обладали скромной мощностью и гигантскими размерами – первый компьютер мира, американский ENIAC, занимал целое здание, потреблял 150 киловатт электричества и стоил около семи миллионов долларов, при этом исполняя всего 5 тысяч операций в секунду.

Таким же образом, используя примитивно устроенные компоненты – кубиты, похожие на плитки размером в 10 на 10 сантиметров, можно объединить в гигантское вычислительное устройство, содержащее в себе миллионы вычислительных модулей. Обмен информацией между ними будет проходить благодаря тому, что ионы в каждом из кубитов, в зависимости от конфигурации их магнитной ловушки, будут способны "гулять" между соседними плитками или удерживаться на месте. Для упрощения работы всей этой системы микромагниты и микроволновые излучатели, которые обычно встраиваются в каждый кубит, можно заменить на один сверхмощный магнит и генератор микроволн.

По словам исследователей, это кубитное "поле", если оно будет создано, сможет взламывать самые стойкие шифры и пароли за всего 110 дней, и решать многие другие задачи с астрономически высокой сложностью вычислений. Как отмечает Хенсингер, власти Британии уже заинтересовались разработкой и сейчас физики создают прототип компьютера для демонстрации возможности его постройки.

Комментарии: