Квантовое превосходство: что означает новый рекорд H2-1 для будущего технологий?

Недавний анонс о новом рекорде производительности квантового компьютера H2-1, созданного компанией Quantinuum, вызвал настоящую волну энтузиазма в научном сообществе и за его пределами. Заявления о стократном преимуществе H2-1 над предыдущим рекордсменом, машиной Sycamore от Google, заставляют задуматься о близости революции в мире вычислений. Но так ли это на самом деле? Что стоит за этими смелыми заявлениями и какие горизонты открывает перед нами стремительное развитие квантовых технологий?

Прежде чем погружаться в детали, необходимо разобраться с самим понятием «квантового превосходства». Этот термин обозначает момент, когда квантовый компьютер сможет решать задачи, недоступные даже для самых мощных классических компьютеров, оснащенных огромными вычислительными ресурсами. Достижение «квантового превосходства» будет означать настоящую революцию, открывающую путь к решению сложнейших научных задач, моделированию молекулярных структур для разработки новых лекарств и материалов, созданию сверхточных систем прогнозирования и многим другим прорывам, которые сегодня кажутся фантастикой.

Однако пока что «квантовое превосходство» остается скорее перспективной целью, чем свершившимся фактом. Несмотря на впечатляющие результаты H2-1, важно понимать, что дорога к созданию по-настоящему мощных и надежных квантовых компьютеров предстоит долгая и тернистая.

Ключевой элемент квантовых вычислений — кубит — кардинально отличается от бита, используемого в классических компьютерах. Если бит может находиться только в одном из двух состояний — 0 или 1, — то кубит, благодаря законам квантовой механики, способен существовать в суперпозиции, то есть одновременно находиться и в состоянии 0, и в состоянии 1. Это открывает фантастические возможности для параллельных вычислений и экспоненциального роста вычислительной мощности.

Именно способность кубитов к суперпозиции и запутанности позволяет H2-1 демонстрировать впечатляющие результаты в тесте XEB (эталон перекрестной энтропии). Этот тест оценивает, насколько часто квантовый компьютер выдает результат без ошибок. H2-1, оснащенный 56 кубитами, показал результат 0,35, что означает безошибочную работу в 35% случаев. Для сравнения, Sycamore с 53 кубитами в 2019 году достиг показателя всего 0,002.

Казалось бы, прогресс очевиден, и «квантовое превосходство» уже не за горами? Не будем торопиться с выводами.

Дело в том, что кубиты — крайне нестабильные и чувствительные элементы. Они подвержены влиянию множества факторов, что приводит к ошибкам в вычислениях. Чем больше кубитов в системе, тем сложнее контролировать их состояние и обеспечивать точность результатов.

Именно поэтому многие ученые считают, что простое увеличение количества кубитов не приближает нас к «квантовому превосходству», а лишь усложняет задачу. Гораздо важнее создавать более стабильные и защищенные кубиты, а также разрабатывать новые алгоритмы коррекции ошибок, способные обеспечить надежность вычислений даже при работе с большим числом кубитов.

Важным шагом в этом направлении стало создание «логических кубитов», о которых Quantinuum объявила совместно с Microsoft. «Логические кубиты» — это не отдельные физические элементы, а сложные структуры, состоящие из нескольких физических кубитов, объединенных специальным образом. Благодаря этому удается добиться значительного повышения стабильности и снижения уровня ошибок. По заявлениям разработчиков, уровень ошибок «логических кубитов» в 800 раз ниже, чем у физических.

Таким образом, хотя создание H2-1 и демонстрирует впечатляющий прогресс в области квантовых вычислений, говорить о том, что «квантовое превосходство» уже у нас в кармане, пока рано. Нас ждет еще множество научных открытий и технологических прорывов, прежде чем квантовые компьютеры смогут реализовать свой полный потенциал и изменить мир вокруг нас.