В мире всего три страны работают сразу над четырьмя физическими реализациями квантовых вычислителей, и Россия — одна из них. Вместо того чтобы выбрать одну технологию, исследователи развивают их параллельно. Причина проста: пока непонятно, какая платформа окажется лучшей. У каждой есть сильные стороны и узкие места, и гонка только начинается.
Идее квантовых вычислений уже больше сорока лет. Ее одновременно предложили Ричард Фейнман и Юрий Манин. Они рассуждали о том, что сложные молекулы или материалы невозможно точно просчитать на обычных компьютерах — слишком много вариантов. А квантовая система, которая сама находится в суперпозиции состояний, могла бы моделировать такую сложность напрямую.
Сегодня главный вопрос не в том, возможны ли такие вычисления, а в том, для каких задач они действительно дадут преимущество. Самый известный пример — алгоритм Шора, который может взламывать современные криптосистемы. Но есть и более мирные задачи: расчет новых катализаторов, органических светодиодов или молекул для таргетированных лекарств. Пока что квантовые алгоритмы ищут почти вслепую, и их потенциал раскрыт далеко не полностью.
Сверхпроводники — самые раскрученные. Это микросхемы, которые работают при температурах, близких к абсолютному нулю. На них строят процессоры Google и IBM. Они удобны инженерно, но плохо масштабируются: больше сотни-двух кубитов удерживать на одном чипе сложно, а связь между ними работает только по соседству.
Ионы — чемпионы по точности. Это одиночные заряженные атомы в ловушках. Они дают самые надежные операции и лучше всех сохраняют когерентность. Но удерживать тысячи ионов в упорядоченной системе почти невозможно — они начинают мешать друг другу.
Нейтральные атомы — ставка на масштаб. Их удерживают лазерными пинцетами, и массивы уже достигают тысяч атомов. Путь к миллиону кубитов здесь выглядит понятнее. Пока точность операций ниже, чем у ионов, но она уже достаточна для систем коррекции ошибок.
Фотоны — здесь кубиты кодируются в состояниях света. Они почти не подвержены декогеренции и легко передаются по оптоволокну. Но у этого есть обратная сторона: фотоны почти не взаимодействуют друг с другом, а для вычислений это необходимо. Поэтому пока фотонные системы применяются как специализированные симуляторы — например, для анализа сложных сетей и графов.
В России все четыре направления развиваются в рамках дорожной карты «Росатома». К 2030 году планируют создать 300-кубитный вычислитель и перейти от экспериментов к промышленным задачам — в первую очередь для атомной отрасли, химии и фармацевтики.
Если представить квантовый забег, то на короткой дистанции фаворит — нейтральные атомы. Они уже показывают рабочие массивы нужного размера. На длинной — все сложнее. Возможно, победят фотоны, а может, найдется какая-нибудь темная лошадка вроде полупроводниковых кубитов. Но главное, отмечают эксперты, — не угадать победителя, а вовремя оказаться в игре. У России, как говорят разработчики, для этого есть неплохие шансы.
Читайте также:
Квантовый маршрутизатор достиг 98% эффективности при передаче данных
Сверхтекучий гелий может сделать квантовые вычисления стабильнее