Химики первыми оценят преимущества квантовых компьютеров


    Квантовый компьютер от D-Wave

    Над созданием квантовых вычислительных систем сейчас работают такие крупные компании, как Microsoft, Google и IBM. Специалистам последней удалось разработать 5-кубитный квантовый компьютер. Теперь IBM предоставляет доступ к нему в виде сервиса, который получил название IBM Quantum Experience. Правда, поработать с этим компьютером могут не все разработчики, но программы к нему уже публикуются и выкладываются в открытом доступе. Считается, что квантовые вычислительные системы сделают большинство традиционных алгоритмов шифрования (RSA, DSA, ECDSA) бесполезными, поскольку квантовые компьютеры, использующие алгоритм Шора, смогут за доли секунды подбирать даже самый сложный шифр.

    Разработчики квантовых компьютеров обещают настоящий прорыв, обусловленный ростом производительности компьютеров, во многих научных сферах. Ядерная физика, математика, медицина, криптография и химия — вот лишь небольшой список отраслей, где могут пригодиться такие системы. Что касается химии, то, вероятно, именно в этой сфере начнут работать первые квантовые компьютеры.

    Они помогут ученым разработать новые химические соединения, понять, какими особенностями должен обладать высокотемпературный сверхпроводник, создать новые эффективные лекарственные препараты. Даже небольшая квантовая система может способствовать изучению химиками различных химический соединений и реакций между ними. Современные химики и сейчас используют мощные компьютеры для моделирование различных сложных химических реакций. А квантовые вычислительные системы предоставят в руки ученых гораздо более эффективные инструменты для работы в этой сфере.

    Скотт Кроудер, представитель корпорации IBM, уверен в том, что химики смогут одними из первых, если не первыми, оценить преимущества квантовых компьютеров по сравнению с обычными системами. И здесь пригодятся также небольшие квантовые компьютеры: «Мы считаем, что в химии будут использоваться небольшие системы», — говорит Кроудер.

    Как уже говорилось выше, ученые давно используют эмулирование химических реакций и отдельных соединений для разработки новых материалов, лекарственных препаратов, создания невиданных ранее химических соединений. Компьютерная модель, используемая учеными, позволяет снизить стоимость эксперимента и сократить время, необходимое на исследования. Например, в такой сфере, как создание антибиотиков, специалистам требуются годы для того, чтобы разработать и вывести на рынок эффективные препараты.

    К сожалению, возможности современных, даже очень производительных систем, ограничены. Дело в том, что традиционные компьютеры не могут моделировать некоторые условия квантовой механики, когда, например, электрон присутствует одновременно в двух местах. Обычные компьютеры рассчитаны на бинарные технологии, где открытие или закрытие полупроводникового затвора обозначает единицу или ноль. Что касается квантовых систем, то они используют такие понятия квантовой механики, как суперпозиция и запутанность.

    Алан Аспуру Гужик (Alán Aspuru-Guzik), профессор химии из Гарварда, считает, что только при помощи таких систем можно получить реальный прорыв в такой сфере, как создание люминесцентных молекул для дисплеев или аккумуляторных батарей нового типа. Сейчас ученый и члены его команды занимаются поисками необходимых молекул и веществ, но им приходится работать «вручную», методом проб и ошибок подбирая нужные соединения и материалы. Квантовый компьютер мог бы значительно повысить эффективность такой работы.



    Появление подобных систем в нашей жизни — дело ближайшего времени. Как уже говорилось выше, корпорация IBM разработала 5-кубитный квантовый компьютер. Google купила такую систему у D-Wave, продолжив разработку своими силами. Несколько лет специалисты корпорации изучали метод квантового отжига и возможность его применения.

    Достигла некоторых успехов в этой сфере и корпорация Microsoft, которая является сторонником относительно простых квантовых компьютеров. Более того, специалисты компании разрабатывают гибридную систему, с традиционными методами вычислений и квантовой «начинкой», позволяющей симулировать прохождение химических реакций. В Microsoft заявляют, что специалисты компании хотели бы заняться поиском высокотемпературных сверхпроводников.

    Если ученым действительно удастся создать квантовый компьютер, который работает, он, несомненно, будет нарасхват. Ведь только система такого типа может в буквальном смысле слова изменить мир. Так, квантовые компьютеры могут очень эффективно решать так называемую «задачу коммивояжера», которая заключается в поиске наиболее выгодного маршрута, который проходит через указанные города хотя бы по одному разу с последующим возвратом в исходный город. Новый класс вычислительных систем позволит оптимизировать бизнес-процессы, выявлять факторы, которые влияют на климат в том либо ином регионе или выполнять множество других задач, включая такую сферу, как машинное обучение.

    По словам Криса Монро, профессора Мэрилендского университета и сооснователя «квантового стартапа» IOnQ, сейчас квантовые вычисления находятся примерно на том же этапе развития, что и первые транзисторы в свое время. И эта сфера постепенно развивается. Например, компания D-Wave Systems в январе этого года начала продавать свой 2000-кубитный компьютер D-Wave 2000Q. Первая модель была продана за 15 миллионов долларов США. Возможно уже в ближайшее время ученые всего мира смогут в полной мере оценить преимущества квантовых систем.

    Пока же IBM, Microsoft, Google и другие компании продолжают инвестировать средства в квантовые компьютеры, надеясь в конечном итоге получить результат.
    Метки:
    Поделиться публикацией
    Комментарии 20
    • +7
      Дело в том, что традиционные компьютеры не могут моделировать некоторые условия квантовой механики, когда, например, электрон присутствует одновременно в двух местах.

      А эти ученые в курсе, что к железу можно софт писать? А то современные транзисторы не могут моделировать поршневые самолёты, но я же играю в ил-2

      • 0
        Только обычным компам надо миллион тактов, а тут за один такт вычисляется.
        • 0
          А эти ученые в курсе

          Все они в курсе, это журналюги не в курсе. Кстати, волновая природа электронов — это вообще не проблема, а вот запутанность электронов — да, проблема. И ни 5-кубитовые квантовые компьютеры ни квантовый отжиг от D-wave решить ее не могут. (К слову, 5 кубитов недостаточно даже для демонстрации алгоритма Шора). Чтобы как-то конкурировать с обычными компьютерами в этой сфере нужно запутать не меньше 100 кубитов.

          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            • +1

              Странная статья, с одной стороны если ученным удастся создать квантовый компьютер, с другой его уже продали и продают его услуги. Так и не понял сделали или нет.

              • +1
                То, что построили — скорее «квантовый калькулятор» на несколько кубит.
                • –1
                  2000 кубит, это уже немало. Где-то читал, что этот квантовый компьютер работает неустойчиво. Квантовые состояния «портятся», одни и те же вычисления повторяют миллионы раз, после проверяют результаты.
                  • +1
                    2000 «нечестных кубит». Надеюсь 5 кубит у IBM — честные.
                • +2
                  То, что сделали, не имеет отношения к квантовому компьютеру. Пока неизвестно, быстрее ли он работает, чем классический компьютер. Пока это просто очень узкоспециализированная машина, которая умеет делать ровно одну задачу, но очень эффективно. Квантовости там не больше, чем во флешке (то бишь, туннелирование есть, а вот неклассические корреляции не используются).
                • 0

                  Может я плохо смотрел, но сайте IBM в основном идет видео и общие слова.


                  Возможно, кто-то знает хорошую современную обзорную статью о работающих алгоритмах квантовых вычислений?

                  • 0
                    Объясните, пожалуйста: если уже разработаны квантовые компьютеры от DWave, то почему до сих пор они не показаны в действии? Что с ними пока не так?
                    • +1
                      Эти компьютеры не умеют в квантовые вычисления, они делают отжиг. Это очень специальная задача, и хотя они делают ее быстрее, чем обычный компьютер, никто не знает, могут ли они это делать быстрее, чем возможно в принципе в классике. В DWave используются не запутанные частицы (или по крайней мере это неизвестно), а больше туннелирование, что, хоть и квантовый эффект, помочь побить классический компьютер не поможет.
                      • 0
                        спасибо! а компьютеры с настоящими запутанными частицами еще не появились?
                        • 0
                          Вообще, уже есть множество разных (один даже в статье упоминается), но пока количество кубитов очень мало, и это далеко от реального применения.
                          Хотя, прогресс уже очень впечатляющий. Недавно было опубликовано сравнение двух архитектур квантовых компьютеров — на суперпроводниках (трансмонах) и на ионах. И они реально сравнивают, какой быстрее работает, какой более эффективный, и тп.!
                    • 0

                      Ну да, конечно, "это необходимо ученым, для моделирования моделируемых моделей и бла-бла-бла", а закончится все стандартной фаллометрией в каком-то 3ДМарк2050, кто больше попугаев набьет.

                      • 0
                        Шел 15ый год смакования преимуществ квантовых компьютеров, без самих квантовых компьютеров. Предлагаю перенести в хаб «научной фантастики». Сарказм.
                        • 0
                          Может кто-нибудь пояснить, на каких технических принципах работает (должен/может… работать) квантовый компьютер? Как работает полупроводниковая логика я представляю. Но не представляю, каким образом квантовый компьютер может, например, взломать криптостойкий алгоритм. Для этого же нужен какой-то «переходник» между двумя различными типами вычислительных машин.
                          • –1

                            Мне пока другое интересно — как попроще представить классические квантовые события. Есть некоторые соображения, может, кто проследит за ошибками, найдёт противоречия с фактами.
                            В принципе, ничего крамольного, частицы материи имеют, как известно, корпускулярные и волновые свойства. Поэтому их можно представить как корпускулы — фотоны, электроны, адроны и прочее, которые при своём движении в энергетически плотном вакууме/эфире создают вокруг себя волны перепадов плотности этой среды.
                            Эту гипотезу как раз проверяют опыты с двумя щелями для интерференции частиц. Через какую-то одну щель проходит частица, через другую щель — часть её волнового окружения. После прохождения щели вокруг частицы снова образуются волны, и они интерферируют с частью волн её прежнего окружения, прошедших другую щель. При такой интерференции волн за щелями перед частицей образуется ряд уплотнений и разрежений энергетически плотной среды. Поэтому частица может отклониться от своей прежней дощелевой траектории и свернуть в то или иное разрежение среды перед собой. Продолжая следовать в этом направлении дальше, она достигает экрана и взаимодействует с ним — регистрируется.
                            Следующие за ней другие частицы могут пройти через другие щели, но они также отреагируют на защелевые ряды уплотнений и разрежений среды перед ними — изменят свои траектории и вместе создадут интерференционную картину на экране.
                            То есть интерференция частиц на экране — это следствие интерференции волн частиц, прошедших свои щели.
                            Для проверки этого утверждения нужно изменить опыт — уже известным образом. Закроем одну из щелей. Защелевой интерференции волн уже не будет, что подтвердит отсутствие интерференции на экране. Или будем "подсматривать" — через какие щели проходят частицы. Импульсы "посматривающих" фотонов изменяют координаты объектов наблюдения, поэтому защелевая интерференция будет нарушаться, и на экране интерференции тоже не будет.
                            Всё ли верно в таких рассуждениях? Это, может, противоречит копенгагенской интерпретации квантовых событий, но, по-моему, не противоречит логике и фактам. И может помочь разобраться с более сложными событиями в микромире.

                            • 0
                              Не надо натягивать сову на глобус. Элементарные частицы не сопровождаются волнами, они и есть волны.

                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.