Кубит пересмешника: результаты квантовой гонки 2018

В ушедшем году самые яркие события в области физики описывали как гонку квантовых вооружений — спор между мировыми державами, кто станет лидером в новой технологии. Достижения в этой области действительно впечатляют, но их практическая ценность подвергается сомнению. Ряд физиков утверждают, что настоящие квантовые компьютеры появятся в мире в лучшем случае через 20 лет.

Догоним и перегоним Китай

Поскольку вопрос стал не только научным, но и политическим, власти США выделили на разработку квантового компьютера больше миллиарда долларов. Это не считая тех средств, которые идут на военные разработки в той же области. Победа настолько же важна, как экономическое и силовое превосходство. Американские ученые говорят, что сейчас в квантовых технологиях Китай обгоняет США. КНР тратит больше ресурсов и получает лучшие результаты. Возможно, исследователи хотят еще больше грантов, но также возможно, что они описывают реальное состояние дел в отрасли.

Мировой рекорд, действительно, принадлежит китайцам — ими создана квантовая запутанность с 18 кубитами. Это огромное достижение для мировой науки. Но даже его недостаточно для создания полноценного квантового компьютера.

А в конце лета в КНР создали многофункциональное устройство твердотельной квантовой памяти. Элемент может быть использован для вычислений и обеспечения связи. Его точность достигает 89%, сегодня это один из самых важных показателей.

Участвует в квантовой гонке и Россия, но на победу явно не рассчитывает — суммы на поддержку квантовых исследований и разработок выделяются на порядки меньшие, чем в КНР и США. Российские физики и не обещают быстрых результатов — говорят, что речь идет в первую очередь о создании нейросетей и вычислительных алгоритмов с ограниченными возможностями. Наши физики считают, что о создании полноценных квантовых компьютеров говорить рано.

Смогут ли ученые из других стран и с другими бюджетами, гарантировать лучшие результаты, мы узнаем в следующем году.

Физическая биология

Главные открытия сегодня происходят на границах дисциплин. Например, квантовых технологий, химии и биологии. Причем влияние дисциплин всегда оказывается взаимным. С одной стороны, невероятно быстрые вычисления позволяют строить все более совершенные модели. С другой, биологические процессы и сами становятся ключом к пониманию физики.

Так в Нидерландах ученые установили, что молекулы серобактерий (прокариотов, окисляющих соединения серы), проявляют те же квантовые эффекты, что и неживая материя. Светочувствительные частицы находятся сразу в двух состояниях — совсем как кот Шредингера. Это открытие можно применить и при разработке квантовых компьютеров и при усовершенствовании солнечных панелей.

В Австралии ученые предсказали энергетические связи в реакции молекулярного водорода и гидрида лития. Для этого исследователям потребовалось всего четыре кубита мощности 20-кубитного компьютера. Исследователи специально выбрали простую реакцию, чтобы результаты удалось проверить на обычном компьютере. Однако эксперимент открывает путь к новому способу изучения химии.

Испанские ученые пошли еще дальше: смоделировали на облачном суперкомпьютере процесс эволюции. В алгоритм включили рождение, размножение, мутацию и смерть. Задача оказалась не только математической, но и философской: способен ли мертвый компьютер воспроизвести путь миллионов живых организмов.

А вот еще один схоластический вопрос, решенный при помощи квантовой физики. Что появилось раньше, курица или яйцо. Физики говорят, курица. Понятно, что биология дает совсем другой ответ. А философия — третий.

Компьютер, которого нет

2018 год принес много интересных новостей про квантовые компьютеры. Но концепции уже больше сорока лет. Работы продолжаются, а результаты до сих пор неочевидны.

Представление о том, что квантовые компьютеры превосходят обычные, попытались подтвердить в Мюнхенском техническом университете. Германские ученые предложили системе алгебраическую задачу, с которой не справлялись стандартные средства вычисления. Эксперимент удался, впрочем, в крайне узком диапазоне: в сравнении участвовали только системы с фиксированным числом операций на каждом элементе хранения информации.

Специалисты австралийского Университета Нового Южного Уэльса считают ключом к созданию квантового компьютера правильное соединение кубитов. Плюс надежную систему защиты от помех. Пока погрешность в вычислениях слишком велика, но она преодолевается с увеличением количества элементов.

Ученые из Австралии и Германии создали микрочип, волноводы которого проводят свет, как кабели электричество. Разработчики считают, эта деталь заметно приближает появление оптического квантового компьютера.

Для того чтобы убедиться в эффективности квантовых вычислений, разработчики делают платформу открытой, а доступ к ней бесплатным. На удаленное использование канадской системы D-Wave уже выстроилась очередь, стоять в ней придется месяц. Пользователь получает всего одну минуту вычислений, но ее хватает на решение самых сложных задач.

Впрочем, все перечисленные успехи — не аргумент для скептиков. «Квантовый компьютер для практического применения невозможен», — утверждает российский физик Михаил Дьяконов, работающий во французском Университете Монпелье.

Ученый считает, что красивая концепция, предложенная советским математиком Юрием Маниным, сегодня стала элементом пиара. Исследователи специально упоминают слово «квантовый», чтобы попасть в прессу и получить гранты. Реальные квантовые компьютеры едва ли будут созданы в ближайшие десятилетия. А все попытки, как правило, оказываются информационным пузырем, причем невероятно дорогим. Эти тезисы Дьяконов подтверждает безупречными вычислениями, с которыми легко ознакомиться.