Квантові обчислення змінюють шлях науки: глибокий аналіз останніх досягнень IBM

Науковий світ з нетерпінням чекає на більші та потужніші квантові комп’ютери, в той час як компанія International Business Machines (IBM) та група дослідників намагаються довести, що ці системи вже сьогодні можуть бути використані. Вони це зробили.

У середу на платформі arXiv була завантажена стаття-препринт, яка показує, що вчені з IBM у співпраці з двома національними лабораторіями та трьома університетами успішно використали квантовий комп’ютер для моделювання процесу, який неможливо виявити неозброєним оком, але який має цінність у матеріалознавстві.

Дослідники використали технологію нейтронного розсіювання (тобто пропустивши пучок нейтронів через зразок) для вимірювання характеристик магнітних кристалів та порівняли результати вимірювань із результатами моделювання, проведеного на квантовому комп’ютері IBM. Врешті-решт, квантовий процесор успішно продемонстрував поведінкові моделі, які мав би демонструвати цей кристал.

Якщо це описання здається дещо складним, послухаємо пояснення самих дослідників: фізик з Національної лабораторії Лос-Аламос Аллен Шай заявив, що цей досягнення “підняло очікування людей щодо можливостей квантових комп’ютерів”.

(Зліва: результати експерименту з нейтронного розсіювання; справа: результати моделювання квантовим комп’ютером IBM) Джерело зображення: IBM

Матеріальні системи на квантовому рівні надзвичайно складні, традиційні комп’ютери часто не можуть їх змоделювати. А квантовий комп’ютер успішно виконав це завдання, що свідчить про те, що такі системи стають достатньо потужними, щоб допомогти в розробці нових матеріалів.

Це також підтверджує перспективи застосування квантових технологій у матеріалознавстві — ця наука є основою практично всіх сучасних винаходів, від медичних пристроїв до напівпровідників і батарей.

Сценарії застосування квантових обчислень поступово стають зрозумілішими. На початку цього місяця IBM опублікувала план дата-центру, що передбачає інтеграцію квантового комп’ютера з існуючими GPU, CPU. Окрім матеріалознавства, ця технологія також матиме глибокий вплив на фінансовий та фармацевтичний сектори. Деякі оптимістично налаштовані фахівці вважають, що вона також може значно знизити енергоспоживання для завдань з високою обчислювальною потужністю.

На даний момент експерти галузі та інвестори у квантовій сфері вже знизили свої очікування. Поки квантові комп’ютери не досягнуть широкої комерціалізації, їх важко вважати справді “доступними”. Для цього необхідно реалізувати масштабованість.

Незважаючи на це, здатність, продемонстрована IBM у останньому експерименті, спочатку очікувалося, що буде досягнута лише після появи великих квантових комп’ютерів з можливістю корекції помилок — тобто таких, які можуть продовжувати працювати нормально, навіть якщо окремі компоненти зазнають збою або зазнають перешкод.

Так само, як традиційні комп’ютери кодують основну інформацію за допомогою бітів, квантові комп’ютери покладаються на квантові біти. Проте між ними існує ключова різниця: квантові біти (qubit) зазвичай генеруються шляхом маніпуляції та вимірювання часток, таких як фотони, електрони або захоплені іони.

І, на відміну від традиційних бітів, квантові біти надзвичайно чутливі до змін в навколишньому середовищі — будь-які фактори, від тепла до електромагнітних перешкод, можуть порушити їх крихкий квантовий стан, що призведе до збоїв у комп’ютері.

Мета IBM полягає в тому, щоб у 2029 році поставити свій перший квантовий суперкомп’ютер з корекцією помилок, кодова назва “Starling”, який, як очікується, матиме обчислювальну потужність у 20 тисяч разів більше, ніж сучасні квантові комп’ютери.

Протягом наступних трьох років можуть — і обов’язково будуть — відбуватися численні зміни. Останній експеримент IBM — це лише початок.