Квантовый чип от Microsoft /John Brecher for Microsoft
Новый квантовый чип Willow, представленный в декабре 2024 года, потратил 5 минут на задачу, которая на классическом суперкомпьютере занимает время возраста вселенной. Компания также прямым текстом утверждает о доказательстве существования мультивселенной. Не обошлось и без упоминания ИИ. На фоне всего этого акции Alphabet выросли на 10% за 2 дня после анонса. А в феврале Microsoft тоже выпустил новый квантовый чип Majorana 1, даже опережающий чип Google. Так что за инновацию продемонстрировали Google и Microsoft и как далеко отстоят конкуренты, включая российских ученых? И может ли квантовый компьютер взломать биткоин-кошелек, почту и банковские аккаунты? Ответы ищет IT-World.
Содержание:
Что такое квантовый компьютер и почему в мире идет «гонка вооружений» квантовых технологий?
Если классические компьютеры работают на кремнии, где единицы информации (биты), принимают только два значения: 0 или 1, то квантовые компьютеры используют атомы или другие системы, подчиняющиеся принципам квантовой физики. Один из таких принципов — суперпозиция, то есть способность кубита (квантового бита) быть одновременно в состоянии как 0, так и 1. Отсюда и парадоксы о Коте Шрёдингера, который одновременно жив и мертв. Этим же и объясняется отсылка к мультивселенной.
Именно эта способность кубитов кодировать и сохранять одновременно несколько состояний позволяет экспоненциально увеличить сложность задач, которые не были доступны до сих пор. Среди таких задач — моделирование и разработка лекарств или взлом шифрования банковских систем или криптовалюты, которые проектировались без учета существования квантового компьютера.
Но несмотря на потенциал, квантовые компьютеры пока не продемонстрировали практических применений. Главные ограничения заключаются в качестве и количестве кубитов, достигающих десятков или сотен.
Какую инновацию представил Google, несмотря на относительно небольшое количество кубитов?
В декабрьском анонсе Google утверждает, что ученые улучшили время когерентности в 5 раз (кубиты остаются связанными не 20, а 100 микросекунд), а также уменьшили ошибки (осечки) кубитов и заставили их работать более точно с увеличением их количества. Это важно потому, что сложные физические процессы внутри квантового компьютера гораздо более хрупкие. Поработать на нем в кофейне не получится. Обычно квантовые компьютеры выглядят как небольшая лаборатория в университете, часто с вакуумной камерой. Потенциально результат сокращения ошибок поможет еще больше увеличить количество кубитов с ростом квантовых компьютерных систем.
Кадр из презентации Google
Новый 105-кубитный чип на новой технологии решил вычислительную задачу за 5 минут, тогда как самому мощному классическому компьютеру понадобилось бы 10 в степени 25 лет, что превышает возраст вселенной.
Однако стоит воспринимать новость с одним «но»: практического результата эта специфичная задача не имеет и расшифровать геном или биткойн на чипе Google пока нельзя. Задачу специально подбирали, чтобы она подходила под архитектуру нового чипа. Похожие новости о превосходстве квантовых чипов уже появлялись, включая предыдущий анонс Google в 2019-м о 50-кубитном процессоре Sycamore, который тоже решил специфичную задачу быстрее самого большого классического суперкомпьютера.
Google Willow — новая веха в квантовых вычислениях
Впрочем, Google действительно улучшил качество кубитов, но ведет ли это в принципе к созданию универсального квантового компьютера с большим количеством кубитов — остается спорным вопросом. Мы пока не знаем, с какими научными и инженерными трудностями столкнутся ученые при демонстрации еще большего количества кубитов при переходе на новые уровни точности. Демонстрацию новой технологии Google можно сравнить с обнаружением радиации Мари Кюри, но до Манхэттенского проекта еще очень далеко.
Кто еще лидирует в разработке квантовых компьютеров?
Уже в феврале 2025 года Microsoft выпустил новый квантовый чип Majorana 1, даже опережающий по обещаниям чип Google. В Microsoft реализовали 8-кубитный квантовый процессор на базе топологических кубитов, созданных на основе квазичастиц Майораны (Majorana zero modes) в специальном материале — топопроводнике. И это первая практическая демонстрация таких кубитов.
Утверждается, что топологические кубиты и конкретно архитектура Majorana 1 могут быть масштабированы до миллиона кубитов в течение следующих нескольких лет.
Ранее в 2024 году, за неделю до анонса Google, китайские ученые представили компьютер на 504 кубита, в 5 раз больше. Напрямую сравнить компьютеры невозможно, поскольку мощность зависит и от других параметров. Кстати, Google не только разрабатывает квантовые компьютеры сам, но и инвестирует в другие компании. В октябре компания проинвестировала в стартап QuEra, который разрабатывает кубиты на основе нейтральных атомов (а не сверхпроводников, как Google). Другие лидирующие стартапы в мире — французский Pasqal, канадский D-Wave Systems и американские Quantinuum, IonQ, Rigetti Computing, PsiQuantum.
Стартап Quantinuum, например, в 2024 году демонстрировал самый большой квантовый объем (quantum volume) — метрику, используемую для сравнения мощности разных компьютеров. Например, Quantinuum опубликовал результаты, где квантовый объем составлял 2 097 152. Тогда как оценить квантовый объем Willow можно в 1000–4000. Правда, Google делает акцент не на мощности в моменте, а на масштабируемости своей системы именно за счет уменьшения ошибок при увеличении количества кубитов.
Не обошлось и без провалов. Несколько компаний закрылись в 2024 году, включая единственный норвежский квантовый стартап Nordic Quantum Computing, а публичная компания Zapata Computing уведомила комиссию по ценным бумагам США о сворачивании своей деятельности.
Что такое квантовые компьютеры и где они используются?
В целом пик частных инвестиций в квантовые стартапы пришелся на 2021–2022 годы с суммарными вливаниями $5 млрд, а 2023-м сократился вдвое. В первом полугодии 2024-го частные инвестиции в квантовые стартапы составили всего около $1 млрд. После анонса Google можно ждать нового витка интереса к квантовым технологиям — видео анонса собрало больше миллиона просмотров, а новость попала в заголовки крупных СМИ и подкастов про технологии. На этом фоне акции публичных компаний — разработчиков квантовых технологий выросли за первую неделю после анонса от нескольких процентов до нескольких десятков процентов: IonQ (+18%), Rigetti Computing (+7%), D-Wave Quantum (+48%). Невозможно точно проверить, но рост наверняка связан с интересом к теме от мелких частных инвесторов.
А что в России?
В области квантовых компьютеров в России лидируют ученые-выпускники МФТИ. Они создают квантовый компьютер на ионах. В 2024 году группа достигла 50 физических кубитов, что сопоставимо по количеству кубитов с другими стартапами на ионах — Quantinuum, IonQ, и др. По собственным словам ученых из МФТИ, раньше отставание отечественной науки было «15–20 лет, но сократилось до считаных лет».
Так когда же мы увидим реально работающий квантовый компьютер и стоит ли беспокоиться за свои данные?
Потенциально квантовые компьютеры могут использоваться не только для задач разработки лекарств или других, пока недоступных вычислений, но и для того, чтобы взломать шифрование и украсть данные банковских карт или шифров. По словам самих ученых из Google, их компьютер пока не может взломать современную криптографию. Если сейчас мы имеем в арсенале только десятки или сотни кубитов, то для полноценного работающего с любыми задачами квантового компьютера нужно порядка миллиона или десятков миллионов кубитов и на порядки более точные вычисления с меньшими ошибками. Читайте также
Миграция в облако: особенности переноса ИT-инфраструктуры на стек open source IT-World рассказывает, с какими сложностями могут столкнуться российские компании при миграции инфраструктуры в облако и как спланировать перенос грамотно, без финансовых и репутационных потерь,
Как понять, как далеко мы от работающего квантового компьютера? В квантовых вычислениях есть аналог Закона Мура, который называется законом Невена и гласит, что мощность квантовых компьютеров растет в год удвоенно-экспоненциально (как ряд чисел 4, 16, 256, 65536…). Но даже если это правда, то с помощью простых вычислений можно понять, что нужного количества кубитов мы достигнем только в 2035–2040 годах. Впрочем, и сама директор Google Quantum AI подтвердила, что последний анонс «не ускоряет» появления универсального квантового компьютера и на это уйдет еще «около 10 лет».
Кстати, сами результаты исследования и вычислений на новом чипе были опубликованы еще в августе 2024 года, а рост акций Alphabet, скорее всего, связан с другими анонсами Google про AI и хорошим маркетингом. С другой стороны, если за квантовыми компьютерами действительно будущее, то инвесторы должны оценить правильные шаги компании на перспективу.