Вычислить всё

Эксперт по исследованиям в области квантовых вычислений Рои Озери, профессор из Института Вейцмана (Реховот, Израиль), сообщил, что возглавляемая им исследовательская группа создала первый израильский квантовый компьютер. Озери и группа аспирантов в его университетской лаборатории несколько лет работали над различными элементами такого компьютера и последние два-три года потратили на сборку вычислительного устройства. Описание разработки опубликовано в PRX Quantum, рецензируемом журнале, издаваемом Американским физическим обществом (APS).

В настоящее время в мире создано почти три десятка квантовых компьютеров. Около 10 из них используют ионные ловушки, как и израильское вычислительное устройство. В нем применяется передовая технология, которая удерживает ионы в небольшом пространстве с помощью магнитных и/или электрических полей. Захваченные ионы могут составлять основу квантовых битов (кубитов) – основной единицы квантовой информации.

В то время как классические компьютеры выполняют логические операции на основе одного из двух устойчивых состояний, условно именуемых состояниями «1» или «0», квантовые компьютеры могут удерживать кубиты в «суперпозиции» – принципе квантовой механики, когда оба состояния присутствуют одновременно. Используя это свойство, можно работать со всеми ячейками памяти одновременно.

Имеет место также концепция «запутанности», когда пары кубитов существуют в одном квантовом состоянии. Квантовые компьютеры используют «запутанные» кубиты в своего рода квантовой цепочке, чтобы творить чудеса. Такие машины способны ускорять вычисления с применением специально разработанных квантовых алгоритмов – вот почему так много говорят о высоком потенциале этих устройств.

Область относительно новая и чрезвычайно сложная, но эксперты отмечают, что квантовые вычисления могут быть весьма полезными в таких отраслях, как кибербезопасность, фармацевтика, банковское дело и финансы, в разработке передовых технологий. Такие вычислительные устройства могут привести к серьезным прорывам во многих областях науки, помогая осуществлять высокопроизводительные вычисления и создавать сложные и точные математические модели.

Технологические гиганты, такие как Google, Microsoft, IBM и Intel, стремятся сделать квантовые вычисления более доступными во всем мире. Между тем такие страны, как Китай, США, Германия, Индия и Япония, вкладывают миллионы в разработку собственных квантовых технологий. Согласно недавним рыночным прогнозам, ожидается, что размер мирового рынка квантовых вычислений поднимется с 448 млн € (по итогам 2021 г.) и достигнет 3,4 млрд € к 2030 г.

Компьютер Института Вейцмана представляет собой машину с пятью кубитами, что сравнимо с вычислительным устройством компании IBM, которая в прошлом году впервые начала предлагать квантовые вычисления в облачном сервисе.

Озери сказал, что теперь исследовательская команда станет использовать квантовый компьютер для запуска продвинутых алгоритмов, работая на более крупной машине, которая будет справляться с большими массивами данных. Он подсчитал, что на создание более крупного квантового компьютера, получившего название WeizQC, уйдет как минимум еще год.

Название WeizQC – дань уважения WEIZAC. Так назвали один из первых в мире компьютеров с сохраняемой программой. Его построили в 1950-х именно в Институте Вейцмана.

Озери отметил: «Сегодня Израиль – технологическая империя. Нет каких-либо препятствий, которые могут помешать нам оказаться среди лидеров в гонке квантовых вычислений». Ожидается, что WeizQC будет работать с 64 кубитами и лишний раз докажет преимущество квантовых вычислительных устройств, что до сих пор демонстрировали только компьютеры, созданные в лабораториях Google и Научно-технического университета Китая.

Ожидается, что квантовые компьютеры решат разнообразные проблемы организации данных, с которыми сегодня невозможно справиться. В качестве примеров Озери привел сложные математические модели для создания новых молекул и лекарств, криптографию. Но он также признал, что практическое использование квантовых компьютеров все еще остается открытым вопросом. Истинный потенциал таких вычислительных устройств еще не уяснен.

В Израиле имеется около двух десятков стартапов и компаний, занимающихся в настоящее время квантовыми технологиями. Среди них Quantum Machines, которая в сентябре прошлого года привлекла для своих разработок 46 млн €. Компания была основана в 2018 г. и занималась разработкой стандартного универсального языка для квантовых компьютеров, а также уникальной платформы, используемой в этой работе.

В прошлом месяце Управление по инновациям Израиля и Управление по исследованиям, развитию вооружения и технологической инфраструктуры при израильском министерстве обороны заявили, что потратят около 57 млн € на разработку государственного квантового компьютера и заложат основу вычислительных возможностей Израиля в этой области.

Деятельность будет идти параллельнo в двух направленияx. Управление по инновациям Израиля сосредоточится на развитии инфраструктуры для квантовых вычислений, для чего может понадобиться использование зарубежных технологий. Управление при израильском министерстве обороны создаст национальный центр квантовых вычислений, который будет сотрудничать с академическими кругами, промышленностью и государственными партнерами для разработки квантового процессора, а затем и полного квантового компьютера.

Эта инициатива является частью запущенной в 2018 г. Национальной программы Израиля в области квантовой науки и квантовых технологий с бюджетом в 57 млн €, который позже был увеличен до 358 млн €. Программа была инициирована в целях содействия квантовым исследованиям, развития человеческого капитала в этой области, поощрения промышленных проектов и приглашения к международному сотрудничеству в сфере научных исследований и технических разработок.

 

Сергей ГАВРИЛОВ