5 минут вместо 10 септиллионов лет: чип Google Willow официально "сломал" понятие времени

Пока мир обсуждает очередные приложения искусственного интеллекта, в тени разворачивается куда более фундаментальная гонка — за создание квантовых компьютеров промышленного масштаба. По значимости ее уже сравнивают с ядерным проектом XX века или соревнованием за первый полет человека в космос. Тот, кто первым сумеет построить действительно полезный квантовый компьютер, получит не просто технологическое преимущество, а рычаг влияния на всю экономику и науку XXI века.

Квантовые вычисления обещают решить задачи, которые сегодня считаются практически невозможными. То, на что самым мощным классическим суперкомпьютерам потребовались бы десятки лет, квантовая машина в теории способна сделать за минуты. Но пока это будущее только вырисовывается: технология еще очень молода, и ученые до сих пор спорят о том, как именно строить надежные квантовые системы.

В центре этой гонки — кубит, базовый элемент квантового компьютера. В отличие от обычного бита, который в каждый момент времени может быть либо нулем, либо единицей, кубит способен находиться в состоянии суперпозиции. Проще говоря, он может представлять сразу множество значений, что и дает резкий скачок в вычислительной мощности. Именно из-за этого рост возможностей квантовых компьютеров носит экспоненциальный характер.

Сейчас один из самых многообещающих шагов в этом направлении - квантовый чип Willow, представленный компанией Google. Хотя на нем всего 105 кубитов, Willow смог пройти один из самых сложных тестов для квантовых систем — бенчмарк случайных квантовых схем — всего за 5 минут. Для сравнения: по оценкам Google, самому быстрому классическому суперкомпьютеру Frontier на это потребовались бы 10 септиллионов лет — число с 24 нулями.

Сила Willow не только в скорости. Главная проблема квантовых вычислений — ошибки, которые накапливаются по мере выполнения операций. Любая квантовая система очень чувствительна к шуму и внешним воздействиям. Willow показал, что может исправлять собственные ошибки с каждым новым циклом вычислений, постепенно улучшая результат. Это важный шаг к созданию более крупных машин, способных выполнять триллионы операций без развала вычислений на полпути.

Такие компьютеры вряд ли когда-нибудь окажутся у нас на столе или в кармане. Их предназначение совсем другое. Квантовые вычисления рассматривают как инструмент для поиска новых лекарств, моделирования сложных химических реакций, разработки источников энергии без выбросов углерода, оптимизации продовольственных систем и даже более точного понимания климатических процессов.

Правда, у этой медали есть и обратная сторона. Квантовые компьютеры потенциально способны взломать современные криптографические алгоритмы, на которых держатся банковские системы, государственные секреты и блокчейн-технологии вроде биткоина. Если такие системы не будут заранее адаптированы, квантовый прорыв может в буквальном смысле обнулить привычные представления о цифровой безопасности.

Гонка за квантовое превосходство идет не только между компаниями, но и между государствами. В США десятки стартапов и лабораторий ищут свои решения, конкурируя друг с другом. В Китае, напротив, ставка сделана на централизованный подход: лучшие специалисты и огромные ресурсы объединены в рамках национальной стратегии, объем финансирования которой, по оценкам экспертов, превосходит вложения остальных стран.

Квантовые лаборатории сегодня больше похожи на картинки из научной фантастики. В установках нет привычных мониторов или клавиатур, зато сотни проводов уходят в криостаты с жидким гелием, где температура близка к абсолютному нулю. Именно в таких условиях квантовые эффекты становятся управляемыми.

Руководитель направления Quantum AI в Google Хартмут Невен даже допускает, пусть и в полушутку, что квантовые компьютеры будто бы черпают вычислительную мощность из параллельных миров. Как бы ни звучала эта идея, реальность остается прежней: страна или компания, которая первой сделает квантовые вычисления по-настоящему прикладными, получит колоссальное преимущество. И именно эта невидимая гонка может во многом определить, кто будет задавать правила в мире технологий в ближайшие десятилетия.