Китайский стартап Shenzhen SpinQ Technology разработал полноценный квантовый компьютер, который можно использовать в школах и университетах для обучения принципам работы квантовых вычислителей. Устройство размером и весом с небольшой системный блок стоит около 380 тыс. рублей, что резко контрастирует с многомиллионными ценниками на уже известные рынку модели наподобие канадского D-Wave 2000Q.
Сравнительно небольшая стоимость объясняется невысокими вычислительными мощностями. SpinQ оперирует всего двумя кубитами (тот же D-Wave оперирует 2000 кубитами), поэтому для взломов кодов или «тяжёлых» расчётов он непригоден. А вот для учёбы — в самый раз.
Это не первая квантовая модель компании. В прошлом году она также представила настольное двухкубитное устройство, которое имело две важных особенности: цену в $50 тыс. и большой вес, достигавший 55 кг. По этой причине учебные заведения Канады, Китая и Тайваня не слишком активно приобретали квантовые системы SpinQ Gemini. Зато их заинтересовали поставки доработанного компьютера, который стал легче и дешевле. Начало поставок новинки ожидается в четвёртом квартале 2021 года.
Как работает «учебный» квантовый компьютер
Работа компьютера базируется на технологии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Это хорошо известная учёным технология, которая используется в химической промышленности, при изучении структуры вещества. Также её применяют и в медицине (МРТ). Упрощённо принцип действия следующий: при облучении радиочастотным излучением определённых веществ меняется направление спинов атомов вещества, и эти изменения можно увидеть.
То есть мы получаем возможность управлять спинами атомов в молекулах и вынуждать соседние атомы взаимодействовать друг с другом (быть связанными). Изменение спина атомов (что эквивалентно изменению 0 на 1) и взаимодействие спинов соседних атомов, позволяет имитировать математические операции, и получать результат.
Для управления спинами система SpinQ подключается к обычному компьютеру, который интерпретирует математический алгоритм в квантовый и возвращает результат взаимодействия кубитов.
Рабочим веществом квантовой системы SpinQ является диметилфосфит — тетраэдрическая молекула, состоящая из одного атома фосфора, одного атома водорода, кислорода и двух групп CH3O. При комнатной температуре диметилфосфит принимает форму бесцветной жидкости.
Разработчики в Shenzhen SpinQ Technology называют диметилфосфит идеальным веществом для небольших квантовых компьютеров. В нём атомы фосфора и водорода связаны друг с другом и достаточно близки для взаимодействия, но ими можно управлять и независимо друг от друга.
Несколько капель этой жидкости помещены в небольшую герметичную колбу. Вокруг располагаются магниты, создающие магнитное поле силой до 1 тесла. Здесь же имеется и второе магнитное кольцо, предназначенное для корректировки магнитного поля, создаваемого первым кольцом.
Для квантовых вычислений магнитное поле должно быть очень равномерным. Для выполнения этого условия команда использовала метод, называемый «шиммингом» (shimming), который генерирует другое магнитное поле, способное нейтрализовать любые неоднородности в более сильном поле.
В отличие от старых квантовых компьютеров, в SpinQ не используются сверхпроводящие магниты, поскольку для отвода от них тепла пришлось бы строить гигантскую систему охлаждения. Именно отказ от сверхпроводящих электромагнитов и охлаждения позволил создать компактную квантовую систему, которая пусть и не слишком мощная, но вполне способна выполнять ряд типичных квантовых вычислений. Например, SpinQ способен работать с алгоритмом Гровера, который умеет выполнять поиск данных быстрее, чем классические алгоритмы.
Что в планах у создателей настольного квантового компьютера?
Поставки устройства, как мы уже сказали, запланированы на конец 2021 года. Одновременно с этим уже ведётся работа над системами, способными обрабатывать 3 или даже 4 кубита. Стартап не планирует сражаться на рынке сверхмощных вычислительных устройств с Google, IBM, Microsoft. На рынке квантовых компьютеров компания заняла свою нишу, образовательную. И намерены развиваться в ней. По мнению представителей Shenzhen SpinQ Technology, недорогие портативные квантовые компьютеры облегчат практический опыт обучения квантовым вычислениям на всех уровнях.