Google стремится к созданию коммерчески доступных квантовых компьютеров до 2030 года

• Технология нейтральных атомов увеличивает количество кубитов, а технология сверхпроводников - глубину вычислений.

• С помощью системы Willow компания Google уже решила проблему коррекции ошибок, которая является самым серьезным техническим препятствием.

24 марта компания Google Quantum AI опубликовала объявление, в котором подробно рассказала о расширении своей исследовательской программы в области квантовых вычислений на основе нейтральных атомов - технологии, которая использует отдельные атомы в качестве единиц обработки (кубитов).

В тексте компания заявляет, что все больше уверена в том, что квантовые компьютеры, основанные на технологии сверхпроводников и имеющие коммерческую ценность, будут доступны до конца этого десятилетия. Это первый случай, когда Google указывает такой конкретный временной горизонт для достижения этой цели.

Объявление подписано Хартмутом Невеном, основателем и руководителем Google Quantum AI, который более десяти лет руководит разработкой сверхпроводящих кубитов. Под его руководством команда достигла таких вех, как демонстрация производительности, превосходящей возможности классических компьютеров, квантовая коррекция ошибок и подтвержденное квантовое преимущество с чипом Willow.

Причиной такой уверенности в этом сроке является конкретный факт: компания Google уже решила две из самых сложных проблем на пути к созданию полезных квантовых компьютеров:

• Первая - это демонстрация того, что квантовый компьютер может превосходить классические компьютеры в выполнении определенных задач, что было достигнуто с помощью чипа Sycamore в 2019 году.

• Вторая - это коррекция ошибок, критически важное препятствие, поскольку кубиты по своей природе нестабильны и подвержены сбоям. С помощью системы Willow компания Google продемонстрировала, что может обнаруживать и исправлять эти ошибки, не разрушая при этом квантовую информацию.

Преодолев эти две проблемы, остается задача инженерного характера: масштабирование систем до десятков тысяч кубитов, сохраняя при этом качество работы. Именно этот прогресс и позволяет компании Google впервые установить публичный срок для создания систем, имеющих коммерческую ценность.

Стоит отметить, что когда Google говорит о "коммерчески значимых" компьютерах, она не имеет в виду оборудование, готовое для массового рынка, а системы, способные решать задачи, представляющие реальную ценность для таких отраслей, как фармацевтика, вычислительная химия или финансы, задачи, которые сегодня находятся за пределами возможностей любого классического компьютера.

Две технологии для более быстрого прогресса

Решение о внедрении нейтральных атомов является ответом на проблему масштабирования, и именно здесь стратегия одновременного использования двух технологий имеет смысл. Сверхпроводящие кубиты, которые являются визитной карточкой Google на протяжении многих лет, могут выполнять очень сложные схемы с циклами всего в один микросекунду. Они быстрые, и у Google есть многолетний опыт их производства, но увеличение их количества до десятков тысяч без потери качества остается сложной задачей в плане производства и контроля.

Нейтральные атомы работают по-другому: вместо схем, нанесенных на кремниевые чипы, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю, они используют лазеры для захвата и манипулирования отдельными атомами в вакууме. Это позволяет им легче масштабировать количество кубитов — уже достигнуты системы, содержащие около десяти тысяч кубитов, — и имеют гибкую связность, которая позволяет любому кубиту взаимодействовать с любым другим, что упрощает определенные алгоритмы и коды коррекции ошибок. Их недостаток — скорость: их циклы измеряются в миллисекундах, что в тысячу раз медленнее, чем у сверхпроводников.

На практике Google описывает эту разницу, говоря, что сверхпроводящие кубиты легче масштабировать по временной оси — глубине вычислений, — в то время как нейтральные атомы легче масштабировать по пространственной оси, то есть по количеству кубитов. Наличие обеих технологий, развивающихся параллельно, означает, что Google может решать проблему масштабирования с двух сторон, ускорить общий график и предлагать платформы, адаптированные к различным типам бизнес-задач.

Для руководства экспериментальной работой с нейтральными атомами Google наняла доктора Адама Кауфмана, физика из Университета Колорадо в Боулдере и члена Института JILA. Кауфман сохранит свою академическую принадлежность, одновременно возглавляя новую аппаратную команду в Боулдере, штат Колорадо, регионе, признанном мировым центром атомной и молекулярной физики. Google также сотрудничает с QuEra, компанией из своего портфеля, которая разработала фундаментальные методы квантовых вычислений с использованием нейтральных атомов.

Доктор Адам Кауфман специализируется на атомной, молекулярной и оптической физике. Источник: Colorado.edu.

Что это означает для криптографии

Этот прогресс имеет прямые последствия для протоколов шифрования, которые защищают транзакции в сетях криптовалют. Сама команда Google предупреждала о том, насколько текущие методы шифрования уязвимы перед достижениями квантовых вычислений.

Криптография, которая защищает биткоин-кошельки и другие криптовалюты, основана на математических задачах, которые классическим компьютерам потребовались бы тысячи лет для решения. Достаточно мощный квантовый компьютер мог бы решить их за часы или минуты, что делает горизонт, указанный Google до 2030 года, конкретной отметкой для экосистемы криптовалют.

Индустрия уже много лет обсуждает переход к постквантовой криптографии, но большинство основных сетей еще не внедрили стандарты, устойчивые к таким атакам. Прогресс Google не представляет немедленной угрозы, но сокращает время, доступное экосистеме для осуществления этого перехода.

Теги: Квантовые вычисления Google Важные

У вас есть важная информация для наших журналистов? Свяжитесь с нами