933ddf9e19ca836f92db0c473918112f

Спецслужбы, исследователи, центры обработки данных — всем требуется квантовый компьютер от D-Wave. Но может ли компания выполнить то, что она обещает? Пионер в области квантовых исследований говорит: «Никогда!».

Если верить словам Джорди Роуза, очередная компьютерная револция уже началась. «Через 15 лет, — немного самонадеянно утверждает основатель компании D-Wave в своем докладе 2013 года, — мы будем иметь компьютеры, которые обойдут людей во всех отношениях». А квантовые компьютеры, производимые его компанией, будут играть решающую роль. Серьезное заявление, однако факты на его стороне.

В то время как академический мир еще работает над квантовыми компьютерами мини-формата, фирма D-Wave уже довольно давно предлагает «взрослый» суперкомпьютер: огромный черный монолитный «контейнер» с серьезным охлаждением «святая святых» — квантового чипа, защищенного от всех внешних воздействий. Подобная машина и ее невообразимые вычислительные мощности должны стоить приблизительно $15 млн. При этом
ученые и инженеры в течение нескольких лет ведут острую дискуссию о том, соответствует ли этот черный чудо-куб тому, что обещает Роуз.

Перечень предъявляемых к D-Wave претензий довольно велик: научное невежество, преувеличенное стремление к секретности, агрессивная патентная политика в ущерб исследованиям. Что компьютер D-Wave умеет делать действительно хорошо, так это избавлять фирмы от их накоплений. Такая тенденция продолжалась в течение нескольких лет, пока в декабре 2015 года не были опубликованы результаты двухлетнего тестирования компьютера D-Wave, проведенного НАСА и Google.

Исследователи утверждают, что при определенных обстоятельствах и в определенном месте микросхемы они смогли зафиксировать увеличение скорости обработки данных в 100 млн раз по сравнению с одноядерным процессором. Вердикт общественности: эта система может быть только квантовым компьютером. Тот факт, что это высказывание в исследовании было крайне ограничено, а фактическое ускорение в лучшем случае было стократным, утонул в поднявшемся ажиотаже. Компания D-Wave лаконично прокомментировала исследование в Twitter: «Прекрасно!». Также она могла бы написать: «Победа!».

У чудес есть пределы

Дэвид ди Винченцо, директор Института теоретической наноэлектроники, расположенного в городе Юлих, Германия, видит эту картину немного иначе. Для него Джорди Роуз и его компания добились спорной победы: «В моем словаре устройство D-Wave не означает квантовый компьютер». Ди Винченцо знает, о чем говорит. Этот физик является пионером в области исследований квантовых компьютеров. Его статья «Вопросы квантовых вычислений» (Topics in Quantum Computing, 1996 г.) до сих пор считается критерием того, насколько действительно квантовым является компьютер.

Его суждение в отношении D-Wave таково: их чипы точно обладают особенными характеристиками, однако это еще долго не сделает их квантовым компьютером. Научное объяснение данному факту является довольно сложным. Если вкратце, то D-Wave формирует в своем чипе квантовые эффекты с целью решения определенных задач — так называемый «квантовый отжиг» (Quantum Annealing). Для этого задействованы физические эффекты туннелирования, применяемые для использования математических сокращений в задаче оптимизации. Их обработка осуществляется в квантовом вентиле, состоящем из квантовых битов (кубитов), — схеме, которая, благодаря сильному охлаждению, переводится в квантовое состояние. Часть этих кубитов переплетается, при этом состояния системы описываются уравнениями квантовой механики. Благодаря принципу суперпозиции все комбинации состояний «О» и «1» данного вентиля кубитов могут обрабатываться одновременно.

Только компромиссное решение

Данная технология отличает устройство D-Wave от обычных компьютеров и действительно напоминает квантовый. Но, по словам ди Винченцо, фундаментальное свойство квантовых компьютеров — объединение очень большого числа кубитов в крупные квантовые блоки памяти и квантовые вентили: «Только масштабное объединение делает квантовый компьютер таким особенным».

Фактически производительность квантового компьютера экспоненциально увеличивается с ростом числа объединенных кубитов. Однако массированное объединение в настоящее время невозможно. До сих пор исследователи смогли объединить в лаборатории лишь дюжину кубитов. Для большего объединения и выполнения более сложных задач квантовые состояния являются нестабильными, на профессиональном жаргоне — недостаточно связанными.

У компании D-Wave положение такое же: из общего числа в 2048 кубитов в каждом чипе активными являются только 50%, то есть взаимосвязанными являются только октеты. «Сотрудники D-Wave решились на более низкую квантовую когерентность и, таким образом, значительно упростили свою техническую задачу, — полагает Дэвид ди Винченцо. — Результатом в этом случае является лишь компромиссное решение, которое не может считаться полноценным квантовым компьютером».

В квантовом компьютере, как его представляет себе ди Винченцо, миллионы кубитов объединены друг с другом. И лишь из этого условия вытекает почти бесконечная сложность одновременных состояний переключения, благодаря которым и могут совершаться предсказанные чудеса производительности. Кроме того, настоящий квантовый компьютер мог бы, используя множество так называемых «универсальных квантовых вентилей», работать как обычный, однако с массовым распараллеливанием вычислительной мощности.

Так миф или скорая реальность?

До появления настоящих квантовых компьютеров должно пройти не менее 20 лет, считает ди Винченцо. И пока не доказано, что они не заработают никогда, человечество продолжит поиски решения. Поэтому небесполезны любые разработки.