В нескольких словах
Несмотря на громкие заявления технологических гигантов о достижениях в области квантовых вычислений, многие ученые призывают к осторожности и указывают на то, что до создания действительно полезных и масштабируемых квантовых компьютеров еще далеко. Преувеличения и неточности в заявлениях компаний могут подорвать доверие к науке.
Год начался с громких заявлений в области квантовых технологий. После того как Google представила свой чип Willow, которому приписывают способность за пять минут решить задачу, на которую у суперкомпьютера ушли бы квадриллионы лет, Microsoft заявила, что обнаружила новое состояние материи, позволяющее «укротить» неуловимую частицу Майораны. Теперь команда ученых из Amazon Web Services (AWS) и Калифорнийского технологического института (Caltech) представила в журнале Nature новый процессор для квантовых вычислений Ocelot, который, по заявлению компании, может «снизить затраты на исправление ошибок до 90%». Все они утверждают, что достигли результатов, предвещающих новую эру вычислений. Однако ученые, не связанные с этими компаниями, встретили анонсы с прохладой и осторожностью. Не является ли это «квантовым пузырем»?
Монит Шарма, 23-летний инженер-исследователь индийского происхождения, был отмечен в Сингапурском университете управления (SMU) за применение квантовых вычислений к проблемам реальной жизни. Тем не менее, Шарма осторожен и считает, что эта технология еще не способна решать реальные задачи в больших масштабах. «Я думаю, что потребуется не менее двух десятилетий, чтобы аппаратное обеспечение [оборудование] достигло уровня, позволяющего хотя бы опробовать задачи приличного размера», — утверждает он.
Совершенно противоположного мнения придерживается Оскар Пейнтер, директор по квантовому оборудованию AWS, после презентации Ocelot: «Благодаря недавним достижениям в области квантовых исследований, отказоустойчивые квантовые компьютеры станут доступны для приложений реального мира. Ocelot — важный шаг на этом пути. В будущем квантовые чипы, построенные в соответствии с архитектурой Ocelot, могут стоить в пять раз дешевле, чем нынешние, благодаря значительному сокращению ресурсов, необходимых для исправления ошибок. В частности, мы считаем, что это ускорит создание практичного квантового компьютера на пять лет».
Квантовый чип Ocelot от Amazon Web Services. Источник: AWS
Основой квантовых вычислений является суперпозиция состояний — способность частиц, таких как электрон или фотон, существовать в нескольких состояниях одновременно. Это свойство формирует кубит (квантовую базовую единицу) с экспоненциально большей емкостью, чем у классических битов, которые могут находиться только в двух состояниях: ноль или один. Но любое вмешательство, называемое «шумом» (например, изменение температуры или простая сеть Wi-Fi), сводит на нет эту суперпозицию, которую физик Эрвин Шредингер упростил знаменитым котом, который может быть одновременно живым и мертвым.
Таким образом, двумя ключевыми задачами квантовых вычислений являются разработка надежных чипов, которые поддерживают или используют хрупкую и эфемерную когерентность кубитов перед лицом шума, и, зная, что ошибки будут происходить, исправление этих ошибок.
Этот путь выбрали Google с Willow, IBM с Heron (чипом на 133 кубита, разработанным для их соединения и основанным на архитектуре, известной как «настраиваемый соединитель»), и AWS с Ocelot. Цель состоит в том, чтобы разработать квантовые компьютеры, способные выполнять надежные, безошибочные вычисления значительной сложности. «Самая большая проблема — не создать больше кубитов, а заставить их работать надежно», — утверждает Пейнтер.
Подробнее о достижениях:
Microsoft утверждает, что обнаружила новое состояние материи для разработки квантовых компьютеров в ближайшие несколько лет
Другой путь – это анонсированный Microsoft, компанией, которая утверждает, что нашла новое состояние материи: майорановскую частицу, теоретическое предложение Этторе Майораны 88 лет назад, описывающее частицу, способную защищать квантовую информацию от окружающей среды (шума) и, следовательно, делать ненужным исправление ошибок. По мнению большинства физиков, этого еще не достигнуто.
Команда Института материаловедения Мадрида (ICMM-CSIC), состоящая из Эльзы Прады, Рамона Агуадо и Пабло Сан-Хосе, в сотрудничестве с Институтом науки и технологий Австрии (ISTA), Каталонским институтом нанонауки и нанотехнологий (ICN2) и Принстонским университетом в США, искала этот квантовый святой Грааль. Но в отличие от Microsoft, они подвергли результаты своих исследований многочисленным проверкам, пока не определили, как они опубликовали в Nature, что им удалось найти самозванца, частицу, которая имитирует поведение майорановской, но не является ею.
Испанский ученый скептически относится к заявлению Microsoft. Он защищает важность майорановских частиц как «нового квантового состояния материи» и признает, что их открытие стало бы ключом к разработке топологических кубитов, «невосприимчивых к декогеренции [потере суперпозиции состояний]». Но предупреждает: «На самом деле в области [квантовых вычислений] много преувеличений и дезинформации, и важно быть точными и строгими, если мы хотим, чтобы ученых воспринимали всерьез», — предупреждает Агуадо.
«Почему такой скептицизм?», — спрашивает он в собственной публикации. Агуадо напоминает, что предыдущие обнаружения майорановских частиц «оказались ложноположительными (так называемые андреевские связанные состояния в зазоре сверхпроводника), что сделало окончательное обнаружение чрезвычайно сложным». «Наша группа внесла большой вклад в прояснение этого вопроса», — добавляет он.
«Были ли обнаружены майорановские частицы? Если вы простите мне игру слов, их много раз видели в журнале Nature, но, возможно, не так много раз в настоящей матушке-природе», — иронизирует он.
И заключает: «Давайте проясним: в документе Microsoft не продемонстрирован ни один кубит (топологический или иной), ни даже неопровержимое доказательство майорановских частиц в их устройстве. Когда публикуются и усиливаются полностью предвзятые новости, пресс-релизы и тому подобное, содержащие такие преувеличенные, граничащие с абсолютной ложью утверждения, становится все легче дискредитировать науку, ученых и генерировать фейковые новости о других, более важных для общества темах».
Профессор теоретической физики в Королевском колледже Лондона Джордж Бут менее категоричен («Они не демонстрируют однозначно, что могут измерить полный топологический кубит, но приближаются к жизнеспособному топологическому кубиту», — утверждает он). Тем не менее, он напоминает, что за 20 лет исследований Microsoft на этом пути некоторые статьи пришлось отозвать из-за ошибок.
Молодой ученый Монит Шарма также присоединяется к группе осторожности, выраженной Агуадо: «Я считаю, что важно ответственно сообщать о том, что квантовые технологии могут и не могут делать сегодня. Достижение квантового преимущества [решение проблемы значительно быстрее, чем на любом классическом суперкомпьютере], или, что еще более амбициозно, квантового превосходства [решение проблемы, невозможной для обычного компьютера] для практических задач, — это марафон, а не спринт».
Напротив, исследователь Ocelot Оскар Пейнтер, профессор физики в Калифорнийском технологическом институте и руководитель отдела квантового оборудования в AWS, действительно защищает быстрые успехи: «Уровень ошибок снижается в два раза каждые два года. Такими темпами нам потребовалось бы 70 лет, чтобы достичь того, что нам нужно. Вместо этого мы разрабатываем новую архитектуру чипов, которая может позволить нам сделать это быстрее». «Тем не менее, это один из первых строительных блоков. Нам еще предстоит проделать большую работу», — признает он.
Несколько более осторожен и согласен с Шамаром Фернандо Брандао, коллега Пейнтера по исследованиям в AWS и Калифорнийском технологическом институте, а также соавтор работы по Ocelot: «Мы находимся в долгосрочном поиске, чтобы построить полезный квантовый компьютер, способный делать то, что не могут делать даже лучшие суперкомпьютеры, но масштабирование — это большая проблема».
