Поляки працюють над квантовим комп’ютером. Розрахунки, на які потрібні були роки, зробить за кілька секунд

Поляки працюють над квантовим комп’ютером. Розрахунки, на які потрібні були роки, зробить за кілька секунд

Квантовий комп’ютер дозволить негайно знайти потрібну інформацію у величезних обсягах даних і дасть можливість здійснювати складні симуляції. Над таким пристроєм працюють вчені з усього світу. Польські фізики та ІТ-фахівці у проекті під керівництвом професора Марека Куся оптимізують розрахунки, які виконують кубіти, тобто базові одиниці квантового комп’ютера.

На відміну від класичного комп’ютера квантовий зможе виконувати багато операцій одночасно, що значно скоротить час вирішення складних розрахунків і тим самим дозволить їх робити взагалі. Як вказав Марек Кусь, ця технологія, безумовно, знайде застосування в природничих науках, медицині та фармацевтиці, де використовуватиметься для опрацювання нових ліків. Іншим сектором, що очікує створення квантових комп’ютерів, є банківська справа і вся фінансова галузь загалом, яка виграє, зокрема, на можливості досконалого моделювання поведінки фінансових бірж.

У сучасних комп’ютерах дані записуються у двійковій системі, тобто через послідовність бітів, кожен із яких має один із двох станів: 0 або 1. Групи таких бітів передаються між різними компонентами одного комп’ютера або між різними комп’ютерами в мережі. Класичний комп’ютер виконує операції в певному порядку, одну за одною, і не може виконувати кілька операцій одночасно. Тому, чим складніше завдання, тим більше часу потрібно для пошуку рішень, а для вирішення багатьох сучасних проблем обчислювальна потужність класичних комп’ютерів недостатня.

Кілька років за кілька секунд

«У квантових комп’ютерах інформація записується в кубітах (з англ. quantum bit). Визначення та оптимізація квантових розрахунків, виконаних кубітами, є завданням для польських вчених. Вони отримали фінансування від Фонду польської науки для реалізації проекту TEM-NET на понад 17 млн злотих. Керівником проекту є Центр теоретичної фізики Державної академії наук у Варшаві. Науковий консорціум включатиме також факультет фізики, астрономії та прикладної інформатики Ягеллонського університету та Інститут теоретичної та прикладної інформатики Польської академії наук у Глівіце», – зазначив Фонд польської науки в повідомленні для PAP.

«Квантові комп’ютери вирішуватимуть складні проблеми в багатьох галузях науки і промисловості набагато швидше і ефективніше, ніж найкращі класичні комп’ютери. Вони можуть виконувати розрахунки, які займають до декількох років для класичного комп’ютера, протягом декількох секунд», – пояснює Марек Кусь.

Як він пояснює, кубіт відрізняється від звичайного біта тим, що не має фіксованого значення 0 або 1, а відповідно до принципів квантової механіки має проміжний стан – суперпозицію. Це означає, що водночас є в стані 0 та 1. Тому кубіт несе набагато більше інформації, ніж біт у двійковій системі. Крім того, кубіти можуть сполучатися один із одним: два кубіти – це чотири поєднані значення, три кубіти – вісім значень і так далі. Стани окремих кубітів не можуть розглядатися як незалежні, оскільки зміна одного впливає на всі інші. Завдяки поєднанню кубітів квантовий комп’ютер може виконувати розрахунки на всіх значеннях одночасно, що дає йому потужну обчислювальну потужність. Хоча справа ускладнюється у зв’язку з необхідністю «зчитування» результатів такого обчислення, що неминуче руйнує квантовий стан.

Проблеми, яких не вдалося уникнути

«Поки ми не можемо сказати, коли квантовий комп’ютер буде створений. Ми досі стикаємося з багатьма дуже серйозними обмеженнями і невідомо, коли їх вдасться подолати», – підкреслює професор Марек Кусь.
Труднощі пов’язані з тим, що кубіти дуже нестійкі й надзвичайно чутливі до впливу навколишнього середовища. Навіть найменші коливання температури, шуму, тиску або магнітного поля можуть призвести до вибивання кубітів зі стану взаємозалежних суперпозицій, тобто до явища, описаного фізиками як декогеренція. Якщо кубіти не підтримують стан суперпозиції, з’являються помилки в розрахунках. Чим більше кубітів буде з’єднано, тим більше буде таких помилок.

Зараз кубіти можуть зберігати свій квантовий стан лише протягом близько 100 мікросекунд до декогеренції. З цієї причини квантові комп’ютери повинні перебувати в спеціально підготовленому середовищі. Воно вимагає, зокрема, охолодження при температурі, близькій до абсолютного нуля, і розміщення у високому вакуумі, під тиском у 10 млрд разів нижчим атмосферного тиску.

«Це означає, що квантові комп’ютери не скоро з’являться в наших домівках або офісах. У найближчому майбутньому можна розраховувати на пристрої з декількох недосконалих кубітів. Наш проект має на меті охарактеризувати обчислювальну потужність і дослідити можливі практичні застосування таких пристроїв. Ми зосередимося не на побудові самого пристрою, а на тестуванні його програмного забезпечення і на характеристиці алгоритмів, які будуть оптимізувати його роботу», – говорить професор.

Чотири дослідницькі групи займуться новими аспектами квантових обчислень: квантовим машинним навчанням, контролем складних квантових систем, квантовою корекцією помилок і проблемою ідентифікації ресурсів, відповідальних за так зване квантове прискорення.

Джерело: Wprost