5 минут вместо 10 септиллионов лет: чип Willow от Google официально «сломал» концепцию времени

Пока мир обсуждает следующие варианты применения искусственного интеллекта, в тени разворачивается гораздо более фундаментальная гонка – создание квантовых компьютеров промышленного масштаба. По значимости его уже сравнивают с ядерными проектами ХХ века или гонкой первого полета человека в космос. Тот, кто первым создаст по-настоящему полезный квантовый компьютер, получит не только технологическое преимущество, но и рычаги влияния на всю экономику и науку XXI века.

Квантовые компьютеры обещают решить проблемы, которые сегодня считаются практически невозможными.

То, на что у самых мощных классических суперкомпьютеров уйдут десятилетия, квантовая машина сможет сделать за считанные минуты. Но на данный момент это будущее только зарождается: технология еще очень молода, и ученые все еще спорят о том, как именно построить надежные квантовые системы.

В центре этой гонки находится кубит, основной строительный блок квантового компьютера. В отличие от обычного бита, который в любой момент может быть либо нулем, либо единицей, кубит может находиться в состоянии суперпозиции. Проще говоря, он может представлять множество значений одновременно, что дает резкий скачок вычислительной мощности. Именно из-за этого рост возможностей квантовых компьютеров носит экспоненциальный характер.

В настоящее время одним из наиболее многообещающих шагов в этом направлении является представленный Google квантовый процессор Willow.

Несмотря на то, что у Уиллоу было всего 105 кубитов, ей удалось пройти одно из самых сложных испытаний для квантовых систем (эталон случайных квантовых схем) всего за 5 минут. Для сравнения, по оценкам Google, самый быстрый классический суперкомпьютер Frontier займет 10 септиллионов лет — число с 24 нулями.

Сила Уиллоу не только в скорости. Основная проблема квантовых вычислений — ошибки, которые накапливаются при выполнении операций. Любая квантовая система очень чувствительна к шуму и внешним воздействиям. Уиллоу показала, что может исправлять собственные ошибки с каждым новым циклом вычислений, постепенно улучшая результат. Это важный шаг на пути к созданию более крупных машин, способных выполнять триллионы операций без сбоев вычислений в середине.

Такие компьютеры вряд ли когда-нибудь окажутся на наших столах или в карманах. Их цель совершенно иная. Квантовые компьютеры рассматриваются как инструмент для поиска новых лекарств, моделирования сложных химических реакций, разработки безуглеродных источников энергии, оптимизации продовольственных систем и даже для более точного понимания климатических процессов.

Однако у этой медали есть обратная сторона. Квантовые компьютеры обладают потенциалом взлома современных криптографических алгоритмов, которые защищают банковские системы, правительственные тайны и технологии блокчейна, такие как Биткойн. Если эти системы не будут адаптированы заранее, квантовый прорыв может буквально лишить законной силы традиционные представления о цифровой безопасности.

Гонка за квантовое превосходство идет не только между компаниями, но и между странами.

В США десятки стартапов и лабораторий ищут свои решения, конкурируя друг с другом. Китай делает ставку на централизованный подход: лучшие специалисты и огромные ресурсы объединяются в рамках национальной стратегии, объем финансирования которой, по оценкам экспертов, превышает инвестиции других стран.

Квантовые лаборатории сегодня больше похожи на сцены из научной фантастики. В объектах нет обычных мониторов и клавиатур, но сотни кабелей уходят в криостаты с жидким гелием, где температура близка к абсолютному нулю. Именно в таких условиях квантовые эффекты становятся управляемыми.

Глава отдела квантового искусственного интеллекта Google Хартмут Невен даже признает, хотя и в шутку, что квантовые компьютеры, похоже, черпают вычислительную мощность из параллельных миров. Как бы ни звучала эта идея, реальность остается прежней: страна или компания, которая первой сделает квантовые вычисления по-настоящему практичными, получит огромное преимущество. И именно эта невидимая гонка может во многом определить, кто будет устанавливать правила в мире технологий в ближайшие десятилетия.