Пример элементов квантового компьютера Rigetti Computing
Квантовый компьютер Google смог за 3 минуты и 20 секунд выполнить расчет, на который самому мощному в мире суперкомпьютеру Summit (IBM) понадобилось бы примерно 10 тыс. лет. Информацию об этом научном открытии сотрудники компании изложили в публикации, которая была размещена на сайте НАСА. Однако через некоторое время данный доклад был удален с сайта без объяснения причин. Но в издании Financial Times успели изучить и проанализировать текст открытия.
В конце августа 2019 года специалисты Google подготовили доклад «Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor» о своем открытии при использовании нового квантового компьютера — достижении квантового превосходства. Материал был опубликован в сентябре 2019 года на сайте НАСА, но позже удален. Данные этого доклада остались в кэше Bing и доступны по этой ссылке.
Квантовое превосходство – переломный момент, при котором квантовый компьютер сможет выполнить задачу, решить которую раньше считалось невозможным или на ее решение потребовалось бы невероятное количество времени, используя текущие передовые технические достижения цивилизации.
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от обычного) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, имеющими значения одновременно и 0, и 1. Теоретически, это позволяет обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая существенного превосходства над обычными компьютерами в ряде алгоритмов.
Многие компании и университеты во всем мире участвуют в создании квантовых компьютеров, но лидером в этой гонке уже несколько лет остается Google.
Уже в 2017 году инженеры подразделения Google по квантовым аппаратным средствам использовали квантовый компьютер с 22-кубитовым процессором.
Квантовые процессоры Google находятся в лаборатории компании в Санта-Барбаре. Там их держат в специальных резервуарах — криостатах. Сжатый гелий и жидкий азот, перекачиваемый из морозильного резервуара, охлаждают внутренности криостата до минус 273,11°C. Такая низкая температура необходима для сохранения сверхпроводимости.
Фактически, это квантовая интегральная система, включающая в себя помимо криостата с кубитами и классическую электронику, которая отвечает за удаленный доступ специалистов к системе для программных исследований и анализа полученных данных. При этом все элементы системы должны быть надежно защищены от взаимных и внешних помех.
Это сложная и дорогая система для проведения квантовых вычислений, а на ее обслуживание и эксплуатацию компания тратит немалые деньги.
Инженерную команду по разработке квантовых технологий в Google возглавляет Хартмут Невен. Невен в компании ранее курировал самые инновационные проекты — от программного обеспечения ИИ для распознавания лиц до запуска в производство Google Glass.
В конце 2017 года команда Невена в Южной Калифорнии готовилась к запуску квантового компьютера на 49-кубитовом процессоре, используя который планировалось преодолеть новый технологический рубеж, после которого квантовые компьютеры смогли бы достигнуть квантового превосходства.
В марте 2018 года Google представила 72-кубитный квантовый процессор Bristlecone.
Также в компании работают над созданием новой архитектуры квантового компьютера, чтобы была возможность работать с ним при более высоких температурах, а также с помощью новых инженерных решений уменьшить помехи во время передачи данных.
И вот, в сентябре 2019 года специалисты Google опубликовали доклад о своем открытии при использовании нового квантового компьютера — достижении квантового превосходства.
В научном эксперименте принимал участие квантовый компьютер Google с 53-кубитовым процессором, получивший название «Sycamore» (Платан). Для создания инфраструктуры Платана команде Google по разработке квантовых технологий даже пришлось даунгрейдить проект созданного ранее 72-кубитового процессора «Bristlecone».
В удаленном по неизвестным причинам материале на сайте НАСА утверждалось, что квантовый компьютер Google смог выполнить очень сложный программный расчет всего за двести секунд. Таким образом, была осуществлена экспериментальная демонстрация превосходства квантового компьютера над традиционным.
Для сравнения, самый современный мощный суперкомпьютер Summit смог бы произвести подобный результат лишь за 10 тыс. лет. Суперкомпьютер Summit был запущен в США в 2018 году. Его расчетная мощность составляет 200 тыс. трлн операций в секунду, он состоит из 4608 вычислительных серверов, на каждом из которых установлено два 22-ядерных процессора IBM Power9, а встроенная память достигает 10 петабайт.
Также по оценкам специалистов компании, выполнение того же эксперимента на сервере Google Cloud заняло бы 50 трлн часов (5.7 млрд лет).
В своей публикации специалисты Google уточнили, что их новая система может выполнять только один расчет, а использование квантовых компьютеров для решения практических задач находится еще в далеком будущем.
Был ли связан этот расчет с определенными исследованиями или математическими задачами, в компании не уточнили. Хотя специалисты компании пояснили в статье, что в эксперименте были использованы случайные числа, сгенерированные по специальному сценарию, связанному с квантовыми явлениями.
«Нами было достигнуто существенное ускорение по сравнению со всеми известными классическими алгоритмами, которое смогло обеспечить экспериментальную реализацию квантового превосходства в решенной вычислительной задаче, что знаменует появление столь ожидаемой вычислительной парадигмы», — утверждалось в докладе Google.
Так же в докладе было предположение, что мощность новых квантовых систем будет увеличиваться с «двойной экспоненциальной скоростью», опережая даже экспоненциальную скорость, которая определяла закон Мура — тенденции, при которой традиционные вычислительные мощности удваиваются примерно каждые два года.
По поводу удаления публикации с сайта НАСА — в Google отказались подтвердить подлинность доклада и его результатов, в НАСА также не ответили на запрос о комментарии по поводу этого странного снятия с публикации материала.
Однако, по данным издания Fortune источник в Google, знакомый с этой ситуацией, предположил, что в НАСА случайно слишком рано опубликовали данный документ.
Ведь результаты расчета и анализ хода вычислений квантового компьютера еще предстоит тщательно проверить экспертами и учеными. И такой процесс сложной научной экспертной оценки может продлиться от нескольких недель до месяцев. Также данная статья будет находится под пристальным вниманием научного сообщества, а если ее результаты подтвердятся, то это станет станет предвестником переломного момента в квантовой науке.
Почему данные об этом эксперименте были опубликованы на сайте НАСА? В 2018 году Google заключил соглашение с НАСА об использовании суперкомпьютеров агенства для проверки расчетов, выполненных компанией с помощью квантовых компьютеров.
В общем итоге, какие бы не были результаты в расчетах Google, многие разработчики в сфере квантовых технологий опасаются, что текущие результаты эксперимента могут быть преувеличены и они обеспокоены фактом, что повышенные ожидания от неминуемого прогресса в этой области в краткосрочной перспективе приведут к возникновению нового технологического пузыря, который может быстро лопнуть.
Дарио Джил (Dario Gil), руководитель IBM Research, не советует использовать термин «квантовое превосходство» в качестве метрики для измерения прогресса в этой области. «Данный эксперимент и термин «квантовое превосходство» будут неправильно поняты почти всеми», — предостерег Джил. По его словам, это был особый лабораторный эксперимент, который на данный момент не имеет практического применения.
«Квантовые компьютеры никогда не будут господствовать над классическими компьютерами, а будут работать вместе с ними, поскольку у каждого есть свои уникальные преимущества», — заявил Джил.
Джим Кларк, директор Intel Labs по квантовым технологиям, обозначил такое достижение Google как значительный маркер в развитии квантовых компьютеров. Однако, по его словам, коммерчески жизнеспособный квантовый компьютер еще потребует многих достижений и решений в области НИОКР, прежде чем станет реальностью.
«Несмотря на то, что эта разработка все еще находится на первом этапе своего марафона, мы твердо верим в потенциал этой технологии», — добавил Кларк.
Комментарии (45)
kdmitrii
22.09.2019 14:40«Данный эксперимент и термин «квантовое превосходство» будут неправильно поняты почти всеми»
Может быть сам эксперимент там и будет мало кому понятен, но вот его результат довольно сложно «не так интерпретировать». Берем шифруем кусок текста каким-нибудь RSA и начинаем подбирать ключ, если квантовый комп найдет за пару дней — то все мы действительно достигли превосходства над классической схемой вычисления.
Sychuan
22.09.2019 15:37Берем шифруем кусок текста каким-нибудь RSA и начинаем подбирать ключ, если квантовый комп найдет за пару дней — то все мы действительно достигли превосходства над классической схемой вычисления.
Данный компьютер не способен подобрать ключ RSA. Гугловцы выполнили специальный технический расчет (он описан по ссылке в статье), который почти наверняка не имеет и не будет иметь никакого практического применения. Компьютеры, которые смогут взламывать RSA появятся в лучшем случае через десятилетия по всем оценкам.GhostWritter
22.09.2019 19:26-1а 100 таких компьютеров?
Sychuan
22.09.2019 21:25+1У этого компьютера просто не хватает кубитов, чтобы осуществить какой-нибудь полезный алгоритм.
DreamingKitten
22.09.2019 14:57+1Ведь результаты расчета и анализ хода вычислений квантового компьютера еще предстоит тщательно проверить экспертами и учеными. И такой процесс сложной научной экспертной оценки может продлиться от нескольких недель до месяцев.
Как бы именно для этого научные статьи об экспериментах и публикуются… Чтобы «эксперты и учёные» могли проверить. Странно всё это.Sychuan
22.09.2019 15:38Чтобы «эксперты и учёные» могли проверить. Странно всё это.
Ничуть не странно. Перед тем как статья публикуется, ее нужно тщательно проверить самостоятельно, а то можно серьезно опозорится. Вероятно ГУгл проверяет результаты, или вообще нашел ошибку, или запланировал статью к особой дате.
red_andr
23.09.2019 06:59Перед публикацией научные статьи обязательно проходят рецензирование. И чем выводы в статье сильнее, тем тщательнее рецензирование требуется.
Igor_ku
22.09.2019 15:09Ваш заголовок для статьи получился максимально "маркетинговым" :)
mogaika
22.09.2019 18:38+1Особенно смешно при таком названии статьи видеть в её же тексте тексте
Дарио Джил (Dario Gil), руководитель IBM Research, не советует использовать термин «квантовое превосходство» в качестве метрики для измерения прогресса в этой области
HelpOP
22.09.2019 17:35Самое главное что бы они понимали что и куда они рассчитали. А то как я понял — гугл что-то рассчитал, но так и не понял что.
inferrna
22.09.2019 18:21в эксперименте были использованы случайные числа, сгенерированные по специальному сценарию, связанному с квантовыми явлениями
Они «просчитали» поведение теоретической мыши в лабиринте, использовав фактическую мышь в лабиринте. Довольно дальновидно.
Baigildin
22.09.2019 18:26+1Google достигла квантового превосходства
Над кем? Над чем? Таки непонятно.billyevans
22.09.2019 20:24-1Это такой термин quantum advantage. Который подразумевает создание квантового комьютера, который будет либо быстрее, либо дешевле что-то вычислять, чем текущие обычные. До текущего момента никто не смог показать, что это практически возможно.
kdmitrii
22.09.2019 21:32+1Нет такого термина. Используют фразу quantum supremacy, но и это не "термин".
billyevans
22.09.2019 21:50medium.com/rigetti/the-rigetti-128-qubit-chip-and-what-it-means-for-quantum-df757d1b71ea я очень часто такое выражение встречаю. Что в подобных блог-постах, что во всяких документах описывающих алгоритмы различные для квантовых компьютеров.
Хотя немного погуглив нашел medium.com/@jackkrupansky/what-is-quantum-advantage-and-what-is-quantum-supremacy-3e63d7c18f5b
Возможно не термин, а скорее выражение.
yatanai
22.09.2019 19:25Итог… Все мысли о «квантовом превосходстве» сводятся к тому, что на тех же транзисторах, алгоритмы выполняются с такой же скоростью как на квантовых. Или существуют «не открытые» методы для решения всяких задач, которые должны считаться быстрей на квантовых.
В этой статье, о *боги*, я увидел...«Квантовые компьютеры никогда не будут господствовать над классическими компьютерами, а будут работать вместе с ними, поскольку у каждого есть свои уникальные преимущества», — заявил Джил.
Я первый раз увидел это в, такого рода, статьях. Браво!billyevans
22.09.2019 20:26+1А я это видел почти во всех, что читал. Там явно говорили, что квантовые компьютеры могут быть лучше в теории до текущего момента на очень ограниченном круге задач и не являются заменой обычным в принципе.
yatanai
22.09.2019 20:32Всякое бывает… Просто если подходят объективно, чота разжевывают и тд. То могут упомянуть это. Но когда «кванты превосходят» редко упоминали об этом. (Из моей истории)
Sychuan
22.09.2019 21:28Там явно говорили, что квантовые компьютеры могут быть лучше в теории до текущего момента на очень ограниченном круге задач и не являются заменой обычным в принципе.
Ну в принципе они могут делать все что и обычные+ некоторые вещи более эффективно, так что в будущем делать отдельно классические и отдельно квантовые компьютеры вряд ли будет смысл. Ну это в очень далеком будущем, конечно.billyevans
22.09.2019 21:58+1Ну все обычные вещи бессмысленно на них делать с экономической точки зрения, их нужно охлаждать, да и часто результаты неточны и они будут медленнее в большинстве задач. И программировать их банально намного сложнее. То есть они будут скорее как сопроцессор для определенного круга задач.
Sychuan
23.09.2019 00:03-1Ну все обычные вещи бессмысленно на них делать с экономической точки зрения
Ну так я потому и сказал, что дело отдаленного будущего. Сейчас мы с квантовыми компьютерами примерно там, где Бэббидж, даже не где Цузе. Видимо, знаем теорию, но технологии еще не созрели. Я бы ожидал нормальный квантовый компьютре лет через 50-80. И это я еще надеюсь, что не там, где Паскаль с его паскалиной. Понятно, что сейчас это громоздкие ненадежные машины. Что касается всех проблем, то в будущем они будут решены. Я, конечно, не специалист, но думаю это преодолимо. Результаты там можно получать с нужной точностью. Насчет охлаждения и скорости, мы же не знаем, какими будут в результате квантовые компьютеры. Мы сейчас еще даже не на уровне ламповой техники, скорее шестеренки Бэббиджа.
semonix
23.09.2019 02:45Самые первые компьютеры тоже были большими и дорогими. Но может наступит время, когда квантовые компьютеры станут размером и ценой как современные компьютеры?
eror
23.09.2019 02:45А у вас не возникает мысли, что это просто провокация, потому все и отмалчиваются и нет никаких комментариев.
Clasen01
23.09.2019 03:47-1«Квантовые компьютеры никогда не будут господствовать над классическими компьютерами, а будут работать вместе с ними, поскольку у каждого есть свои уникальные преимущества», — заявил Джил.
640 КБ на самом деле хватит всем
we1
23.09.2019 05:12+1Наверное подобрали все биткоиновские хэши, и тут кто-то вспомнил, что у него куча этих биткоинов и статью пришлось удалить.
axsmak
23.09.2019 11:52Квантовые компьютеры никогда не будут господствовать над классическими компьютерами
Напомнило — 640 кб хватит всемClasen01
23.09.2019 14:21оффтопТы тот парень который повторил чужую шутку, но громче)red_andr
23.09.2019 22:38+1The quantum processor probably isn’t «supreme» at any other computations; it only beat the supercomputer at this one, extremely specific task. That task, more or less, was to produce the output of a random set of operations that the quantum computer can do innately, but as far as researchers know, a supercomputer must simulate. In short, the real announcement was that Google’s rudimentary quantum computer is better being at being a rudimentary quantum computer than a supercomputer is.
То есть, никакого квантового превосходства пока нету, квантовый компьютер гугла просто показал, что он квантовый компьютер. Это как утверждать, что чашка с чаем, в которой размешивают сахар с молоком, лучший компьютер, чем суперкомпьютер. Так как действительно, решить полную систему уравнений (Навье-Стокса, неразрывности, теплопроводности, состояния, переноса тепла и массы, и так далее) для такой системы очень даже нетривиальная задача даже для современных суперкомпьютеров. И, строго говоря, нерешаемая с точностью наблюдаемых величин. А тут бац, и сразу видно как молоко растворяется в чае!Sychuan
24.09.2019 11:08никакого квантового превосходства пока нету
Это термин такой квантовое превосходство. Означает, что выполнен расчет, который невозможно эффективно посчитать на обычном.
квантовый компьютер гугла просто показал, что он квантовый компьютер
Нет. Это показали уже много кто, годы назад.
Eol
24.09.2019 09:56Это как утверждать, что чашка с чаем, в которой размешивают сахар с молоком, лучший компьютер, чем суперкомпьютер
Тут стоит заметить, что это первая (ну или одна из первых) «чашка с чаем», куда человечество научилось закидывать сахар и контроллируемо следить за тем, что же там происходит. Даже извлечь из обычной чашки с чаем временную динамику пространственного распределения температур / потоков тепла / массы — дело, вообще говоря, не простое.
Ну а кроме того, никому не нужные задачи на около-квантовых вычислителях эффективно считать умел ещё D-Wave сколько-то там лет назад. Гугл же отличается тем, что он работает над general purpose квантовым компьютером. То есть над чашкой с чаем, которой можно будет придать любую форму, залить туда ртуть, а затем топить в ней урановые стержни. Что-то, что не захочется делать в домашних условиях.
MrNektom
Гугл как всегда впереди всех!
tvr
Впереди всех куда?
Во все стороны одновременно?
Fedorkov
tuxi
Сомнительное утверждение. По количеству патентов за 2017 (и насколько помню за 18й тоже) год, IBM практически в 3 раза опережает и Гугл и Эппл
Nulliusinverba
Ну само по себе количество патентов тоже сомнительное достижение, без каких-либо дополнительных данных.
tuxi
Во всяком случае оно более объективный показатель, нежели чем «гугл как всегда впереди всех».