В нашем предыдущем материале мы подробно о том, что такое квантовый компьютер и кто стоял у истоках его создания. В этой статье мы расскажем о тех организациях и фирмах, которые дальше других продвинулись в этой сфере. 

По мнению ученых, сегодня мы находимся в начале второй квантовой революции. Первая случилась в XX веке и подарила человечеству понимание принципов принципов работы элементарных частиц, а вместе с ним — транзисторы, полупроводники и лазеры. Вторая революция — это этап, который позволяет нам самим изменять состояние частиц и при помощи этого передавать информацию.

Квантовые компьютеры — одно из ключевых направлений отрасли наряду с защищенной квантовой связью и сверхчувствительными квантовыми сенсорами. Сегодня квантовыми разработками занимаются ведущие научные центры и технологические компании. Согласно отчету McKinsey, за последние два года в квантовые стартапы было вложено более $4,5 млрд — в два раза больше, чем за предыдущие 18 лет. Но основные инвестиции в индустрию остаются государственными, и это связано не только с тем, что проекты пока не приносят прибыли.

По мере приближения науки к квантовому превосходству, технологически развитые государства все больше осознают, какой прорыв подарит им полноценный квантовый компьютер. Национальные стратегии квантового развития и соответствующие бюджеты были приняты США, Великобританией, Австралией, Россией, Японией и другими государствами. Отдельно в этом списке выделяется китайское правительство, выделившее на разработку квантовых технологий $15,2 млрд на период с 2020 по 2025 гг. — треть от общего объема государственных инвестиций.

При этом потенциальная значимость изобретения для человечества склоняет государства и частные компании от конкуренции к активному сотрудничеству. В рамках национальных программ квантового развития создаются совместные научные центры и исследовательские программы.

Отраслевое издание Quantum Insider насчитывает около 600 предприятий в этом секторе, а Всемирный экономический форум оценивает инвестиции в квантовой индустрии за 2022 год в $30 млрд. Итак, вот ключевые игроки этой сферы. 

Alphabet (Google)

Американский техногигант считается одним из главных лидеров в области квантовых технологий. В 2019 году компания представила инновационный процессор Sycamore и первой объявила о достижении квантового превосходства. Тем не менее, спустя два года этот результат оспорили ученые из Китая, продемонстрировав, что обычный суперкомпьютер может справиться с той же задачей быстрее. При этом процессор Sycamore, по признанию самих создателей, в среднем делает ошибку каждую тысячу шагов — а для масштабного вычисления требуется намного более высокая точность — или, как ее называют в индустрии, отказоустойчивость. 

Google ведет исследования в специально созданной Квантовой лаборатории искусственного интеллекта в сотрудничестве с NASA. В этом году коhgjhfwbz надеется представить новый 1-кубитный процессор, который будет защищен от возможных ошибок и тем самым сделать еще один шаг к стабильным квантовым компьютерам.

IBM 

Создатели первого квантового компьютера тоже продолжают разработки. В 2019 году они представили новое устройство IBM Q System, состоявшее из 20 кубитов. Несмотря на сравнительно небольшую мощность, устройство стало первым коммерческим продуктом на рынке.

Спустя три года IBM анонсировала новый чип, Osprey, состоявщий из рекордных для компании 433 кубитов. Как и у конкурентов из Google, их компьютеры построены на соединении нескольких чипов в одном. В этом году корпорация рассчитывает запустить процессор на 1121 кубит, основанный на том же модульном принципе.

Intel 

Компания использует принципиально другой подход. Ее чип Horse Ridge II состоит из «горячих» кремниевых спин-кубитов, гораздо меньших по размеру устройствах, работающих при более высоких температурах. Как утверждает директор корпорации по квантовому оборудованию Джеймс Кларк, такой тип кубитов примерно в миллион раз компактнее, чем те, что используют конкуренты из Google и IBM.

Microsoft

Этот бигтех внес огромный вклад в развитие индустрии. В конце 2017 года компания выпустила пакет для квантовых разработок Quantum Development Kit, включавший в себя специально созданный язык — Q#. В 2019 году компания открыла доступ к его исходному коду.

В разработке процессоров в Microsoft сосредоточились на создании особого типа квантовых битов — топологических. Их конкурентная особенность — повышенная устойчивость к внешней среде, защищающей частицы от ошибок, с которыми сталкиваются устройства IBM и Google. Сложность состоит в том, что для этого необходимо использовать особый тип квазичастиц, известных как майорановские состояния. Пока что эти частицы существуют только в виде теоретических моделей, и в науке нет консенсуса о том, действительно ли их можно получить в реальности.

Тем не менее, 2022 году группа ученых под руководством Петера Шюффельгена из Института Петера Грюнберга создала гибридные кубиты, приближенные к топологическим, косвенно подтвердив, что усилия Microsoft могут оказаться не напрасными.

PsiQuantum

Инженеры ‘этого стартапа из Кремниевой долины используют еще один необычный подход: кубиты из фотонов, невесомых частиц света. В отличие от других видов, эти квантовые биты могут работать даже при комнатной температуре и не искажаются от электромагнитного поля. В ходе разработки компания сотрудничает с GlobalFoundries, одними из крупнейших международных производителей полупроводников, и рассчитывает выпустить первый процессор, состоящий из миллиона кубитов! По словам Пита Шэдболта, сооснователя фирмы, главное, что отделяет их от успеха — необходимость построить не имеющий аналогов оптический переключатель, который позволит оперировать таким количеством частиц.

Китайские научные центры 

Некоторые страны, такие как Великобритания и Германия, делают ставку на государственные университеты, а не на частный бизнес. Среди них особняком стоит Китай: над разработкой квантового компьютера работают сразу четыре конкурирующих между собой научные команды.

Наибольшего успеха достигли создатели процессора Jzhāng (Цзючжань) из Китайского университета науки и технологий (USTC), расположенного в Шанхае. В 2020 году ученые вторыми после Google в истории заявили, что достигли квантового превосходства. Впрочем, как и в случае первого заявления их достижение было опровергнуто американскими коллегами из Hewlett Packard Enterprise — те доказали, что существует классический компьютер, способный решить ту же задачу эффективнее. 

Некоторые американские ученые полагают, что уже отстали от китайских коллег и вынуждены догонять их в этой гонке. Впрочем их коллеги из Шанхая напротив признают лидерство за Google.

Когда квантовый компьютер достигнет превосходства?

Несмотря на то, что возможности устройств были многократно доказаны на теоретических моделях и небольших прототипах, на пути к созданию конкурентного образца стоит несколько препятствий. Эксперт Quantum Insider Мэтт Суэйн называет 8 вызовов, стоящих сегодня перед разработчиками. Среди них необходимость разрабатывать специальное оборудование, интерфейс и ПО и другие трудности — но все они, по мнению автора, вполне преодолимы.

Вероятно, главная проблема квантовых машин — большое количество ошибок. Это происходит, потому что кванты крайне нестабильны и подвержены влиянию окружающей среды. Причем чем больше кубитов содержит компьютер, тем сложнее уберечь его от ошибок. Создатель Цзючжаня Лу Чао-Ян сравнивает это с попыткой усадить котят в ряд: пока сажаешь одного, другие убегают, и чем их больше, тем сложнее становится задача

Дополнительная сложность заключается в том, что невозможно проверить результат вычисления за единственной машиной в мире, которая может это вычисление совершить. Ситуацию могла бы спасти проверка состояния кубитов во время работы процессора, но измерение кубита заставляет его терять суперпозицию и принимать определенное значение, что приводит к ухудшению вычислений.

В феврале 2023 года ученым из Сассекского университета удалось при помощи инновационной модульной архитектуры кубитов передать квантовые данные с одного чипа на другой с рекордной скоростью, а главное — почти без потерь. Точность передачи данных составила 99.999993%. Возможно, именно технология, реализованная британскими исследователями, приблизит человечество к квантовому превосходству. Или нет? 

P.S. В нашем телеграм-канале мы разыгрываем бесплатную регистрацию товарного знака и другие призы. Приглашаем принять участие.