А было ли превосходство?
Восемнадцатого сентября IBM сделали широкий жест — теперь учёные могут использовать для своих исследований их 53-кубитный (кубит — наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере. — Прим.ред.) квантовый компьютер. А уже 21 сентября на сайте НАСА «Гугл» объявил о сенсации — его квантовый компьютер добился «квантового превосходства» .
Для начала, что такое «квантовое превосходство» и с чем его едят. «Квантовое превосходство» — это возможность выполнять на квантовом компьютере задачи, которые на современном компе решить невозможно. Или же они будут решаться тысячелетиями.
«Гугл» отчитался о том, что он за три минуты и 20 секунд прорешал узкоспециализированную задачу, которая на самом мощном на данный момент суперкомпьютере «Саммит» (IBM) решалась бы десять тысяч лет.
Тут бы и порадоваться всем нам — успех! То, о чём говорили два десятилетия подряд, свершилось — вот она, работающая квантовая машина…
Как вдруг сообщение с сайта НАСА удалили. А потом выяснилось: «Гугл» специально подобрал такую задачу, чтобы её быстро решить мог только квантовый комп.
Квантовый компьютер IBM (фото: Andy Aaron)
То есть будь задача другой — например, поиск по картинкам, — квантовый компьютер слился бы. Да и вообще «Гугл» потом намекнул, что его целью было покивать на огромные возможности квантового компа. Которые вот ещё чуть-чуть — и будут доступны для всех.
Примерно это же говорили «Гугл» и IBM пару лет назад, когда рассказывали, что уже в конце 2017 года покажут рабочие образцы квантовых компьютеров. Но не фартануло. Всё оказалось гораздо сложней.
Антон ЖелезнякЭксперт по техническим и инженерным вопросам
Но не всё же оставлять американцам. В России осенью 2019 года в НИТУ «МИСиС» заработал первый прототип двухкубитового квантового компьютера. И в первых же экспериментах компьютер улучшил результаты специально заточенного под него алгоритма Гловера.
Новая эра всё не наступает
Пляски вокруг квантовых компьютеров понятны. В их основе лежат кубиты, которые могут одновременно принимать значения «0», «1» и их суперпозиции. Значения кубита, которые он может принимать одновременно, будут напоминать сферу. То есть, в отличие от обычного компа с двоичной логикой, тут у нас машина с потенциально безграничными вычислительными возможностями.
Значения бита и кубита
Есть ещё вопросы, почему с квантовым компьютером все носятся, как с писаной торбой?
Вот только создать такой суперкомпьютер оказалось очень непростой задачей. Относительно стабильные кубиты обычно создают при сверхнизких температурах — ниже 1К. Однако помимо криостатов и жидкого гелия необходимо изолировать систему от внешнего воздействия. Любая помеха, любая, даже ничтожная, вибрация — и кубит может быть разрушен. К тому же чем больше кубитов — тем менее стабильной является система. И тем более громоздкой — точно больше, чем пара-тройка сервачных стоек. Это не считая специализированных систем, с помощью которых оператор вообще может хоть как-то манипулировать кубитами.
Квантовый компьютер Google (фото: Erik Lucero)
Несмотря на сложности, мимо таких возможностей не могли пройти и военные.
Светлое будущее не в этой жизни?
Первое же, для чего хотели использовать квантовые компьютеры, — это криптография. С огромными вычислительными возможностями взломать любой шифр — не проблема. Можно даже методом brute force (метод полного перебора). Но лучше использовать разработанный специально для этого алгоритм Шора.
Так как все эти опасности (взлом каналов, подбор пароля и т. д.) лежат на поверхности, то и военные, и просто гражданские специалисты тут же бросились создавать квантово-устойчивую криптографию. Да, квантовый компьютер взломает алгоритмы RSA, DSA и ряд других. Но криптография, построенная на многомерных квадратичных системах или решётках, вероятно, устоит перед «квантовым наскоком».
Вторым важным приложением квантового компьютера может быть создание защищённого квантового канала связи. Суть тут такая. У кубита, как у любой квантовомеханической системы, есть такое свойство — запутанность. Можно получить запутанные кубиты такого рода, что их состояния будут совпадать, даже при их разделении друг с другом на десятки и сотни километров. То есть если на «вход» первого кубита подать определённую последовательность, то второй её полностью скопирует. А попытка прочесть сообщение извне немедленно уничтожит кубит. Ибо неопределённость Гейзенберга, бессердечная ты квантовая природа.
В 2017 году китайцы создали экспериментальный спутниковый квантовый канал, работавший по схожему образу. Защищённый видеоконтент успешно транслировался между Шанхаем и Веной. В 2018 году в Нидерландах пошли даже дальше. Теперь пытаются построить полноценную квантовую сеть, с квантовыми репитерами (повторителями), прямо как в обычных сетях. Одна проблема: каждый раз в репитере приходится уничтожать и воссоздавать кубиты и их состояния. Так достигается большая дальность передачи. Но мы теряем в безопасности — ведь каждый раз это новый кубит. То есть проконтролировать изначальное состояние системы мы не можем. А вдруг кулхацкеры ломанут квантовый репитер и воссоздадут кубит?
Процессор квантового компьютера (фото: Google)
Так что с каналами связи и шифрованием дело пока обстоит неважно.
Другая возможность — это использовать квантовые компьютеры для разработки новых материалов (например, «стелс»), новых химических соединений (например, для взрывчатых веществ) или же применять для моделирования сражения или военной кампании. С этим всё тоже обстоит очень, очень туго. Грубо говоря — никак. Хотя американские, китайские, российские — и наверняка многие другие военные, — как говорится, работают в этом направлении.
Сейчас квантовый компьютер просто нереально использовать как мощный вычислительный сопроцессор. Чтобы ты ему на вход — условия задачи, которую никакой суперкомпьютер решить не в состоянии, а он тебе — опа! — и через пять минут решение — такого нет.
И это, конечно же, хорошая новость. Значит, квантовый ИИ с мегаломаньячными планами откладывается на чёрт знает сколько лет, кабы не на все сто. Но с другой стороны — обидно же.
«Квантовое превосходство „Гугла“!», «Нас всех поработит квантовый ИИ!», «Мы стоим на пороге новой эры!». А на самом деле они чижика съели, и всё это — ненаучная фантастика.
Мнение редакции не всегда совпадает с мнением автора.