IBM хочет построить квантовый компьютер на 100 тыс. кубитов: но есть одна проблема

Компания IBM (International Business Machines) заявила о своем намерении построить квантовый компьютер со 100 тысячами кубитами, сообщает MIT technology Review. Проект собираются реализовать в течение следующих десяти лет и потратить на него $100 млн, о чем представители компании сказали во время саммита G7 в Хиросиме, Япония.

Для реализации этого амбициозного проекта IBM уже сотрудничает с Университетом Токио и Университетом Чикаго. Идея состоит в том, что 100 000 кубитов будут работать в паре с лучшими "классическими" суперкомпьютерами, чтобы достичь новых прорывов в областях, таких как разработка лекарств, производство удобрений, повышение эффективности батарей и многих других.

"Я называю это квантово-ориентированным супервычислением", — сказал вице-президент IBM по квантовым технологиям Джей Гамбетта. Квантовые компьютеры хранят и обрабатывают информацию с помощью особых свойств элементарных частиц: электроны, атомы и маленькие молекулы могут находиться одновременно в нескольких энергетических состояниях, что называется суперпозицией, а состояния частиц могут быть связаны друг с другом, или запутаны. Это означает, что информация может быть закодирована и обработана новыми способами, открывая дверь к ряду вычислительных задач, невозможных для классических компьютеров.

Что не так с квантовыми вычислениями

Пока что квантовые компьютеры не показали ничего такого, с чем бы не смогли справиться стандартные суперкомпьютеры. Это во многом связано с тем, что у них не хватает кубитов и потому что системы легко нарушаются малейшими возмущениями в окружающей среде, которые физики называют шумом.

Исследователи активно и успешно работают над нивелированием этой проблемы, но многие полагают, что квантовые системы должны значительно увеличиться в размерах, чтобы быть действительно полезными, так как они смогут выделить большую часть своих кубитов для исправления ошибок, вызванных шумом.

Проблема "энергетической прожорливости"

Кроме шума квантовые компьютеры, как и любые другие компьютерные системы, страдают от необходимости в значительном использовании энергии. И это самая главная для них проблема. На данный момент для работы каждого из сверхпроводящих кубитов IBM требуется около 65 Вт.

"Если я хочу создать квантовый компьютер на 100 000 кубитов, это потребует много энергии: мне понадобится батарея размером как здание, атомная электростанция и миллиард долларов, чтобы сделать одну машину", — говорит Гамбетта. "Это явно невозможно. Чтобы увеличить количество от сегодняшних 5000 до 100 000 кубитов, нам явно нужны инновации", — отмечает он.

IBM уже провела подтверждающие эксперименты, показывающие, что интегральные схемы, основанные на технологии "комплементарных оксидов металлов и полупроводников" (CMOS), могут быть установлены рядом с холодными кубитами, чтобы управлять ими всего с десятками милливатт. Кроме того, признает он, технологии, необходимой для квантово-ориентированных суперкомпьютеров, еще не существует: именно поэтому академические исследования являются жизненно важной частью проекта.

Кто конкурирует с IBM

IBM не первая ставит такие большие цели. Google заявила, что планирует достичь миллиона кубитов к концу десятилетия, хотя из-за коррекции ошибок только 10 000 будут доступны для вычислений. Компания IonQ из Мэриленда стремится иметь 1024 "логических кубита", каждый из которых будет состоять из корректирующей ошибки цепочки из 13 физических кубитов, выполняющих вычисления к 2028 году. Компания PsiQuantum из Пало-Альто, как и Google, также стремится построить квантовый компьютер на миллион кубитов, но она не раскрывает своих сроков или требований по коррекции ошибок.

Ранее Фокус писал, что квантовый компьютер научили помнить "свое прошлое": почему это так важно.