А Doom пойдет? Что надо знать о квантовом компьютере Google, который в 100 млн. раз быстрее вашего  (4)

Для пущей убедительности Google даже показала вот такой график, на котором разница между D-wave и QMC достигает 10 в восьмой степени, то есть те самые 100 миллионов.

Красиво, но абсолютно непонятно. Попробуем разобраться и объяснить максимально просто.

Google еще несколько лет назад купила его у канадской компании Burnaby, единственного производителя в мире, который сегодня строит "настоящие квантовые компьютеры". Стоимость машины под названием D-Wave (как на заглавном фото к статье) составляет порядка 15 млн. долларов США. Надо сказать, что квантовые компьютеры Burnaby все ругают за примитивность и медленную скорость работы. Причина этому проста — компания стремилась стать первой, а не лучшей. И строит она, строго говоря, не квантовые компьютеры, а нечто другое (об этом ниже). Настоящего квантового компьютера пока не существует.

Нет. Google "плотно в теме" лишь несколько последних лет. Она, как IBM и еще ряд других крупных компаний, работает вместе с учеными над созданием своего квантового компьютера, причем правительство США спонсирует эти разработки многомиллионными грантами. Но воз, как говорится, и ныне там. И света в туннеле пока не видно.

Как бы смешно это ни звучало, но правильно и полностью D-Wave называется "устройство для квантового отжига". И нет, "отжигать" на нем в современные игрушки не выйдет, потому что оно предназначено для решения очень узких научных задач в рамках т.н. "энергетического ландшафта". Машина ищет самую низкую точку ландшафта, причем делает это с помощью туннельного эффекта, "пробуривая" его холмы. А Windows 10 на нем запустить, увы, нельзя. И квантовым компьютером его называют только для удобства, поскольку на самом деле квантовым компьютером в его истинном понимании он не является. Это машина для выполнения одной конкретной задачи.

Не очень. Объявление Google уже подверглось критике. Некоторые ученые полагают, что Google сравнивала свой алгоритм для D-Wave c не очень-то оптимальными аналогами для обычных компьютеров. И что если подумать и "выжать" из обычного компьютера все соки, то разница в скорости составляла бы жалкие 100 раз. Да, 100 раз — это очень мало. Это не та разница в скорости, которую должен показывать квантовый компьютер.

Маркетинг и PR. На квантовые компьютеры возлагаются большие надежды и все активно вкладывают в них большие деньги. Кто раньше встанет, того будут очень большие тапки. Долгожданное освоение квантового компьютера может помочь совершить революцию (и это мы очень мягко говорим) в очень многих областях науки. Больше всего выиграют разработчики искусственного интеллекта и все, кто занимается симуляциями. Можно будет заранее "проигрывать" целые космические миссии на другие планеты, предсказывать погоду на год вперед, в десятки раз ускорить разработку новых лекарств. Да, это настолько важно и круто. Невероятно важно и круто, но прорыва на горизонте пока не видать. Даже обещанные тапки не помогают.

Чуть-чуть ликбеза. Современные компьютеры (включая тот, с которого вы читаете этот текст, даже если это смартфон) построены на транзисторах, размеры которых вплотную подошли к физическим пределам. Несколько лет назад человечество достигло размера транзистора в 14 нанометров (в 500 раз меньше клетки крови) и это финиш — если сделать еще меньше, транзистор не сможет задерживать электроны, то есть выполнять свою прямую функцию. Кстати, именно поэтому частоты процессоров для обычных PC остановились в районе 4 GHz — быстрее не получается, мешает проклятая физика.

К слову, на таких размерах, когда счет идет уже на отдельные нанометры, в действие вступают законы квантовой физики, так что в каком-то смысле можно сказать, что человечество очень плавно подошло к квантовым компьютерам — они почти что являются естественной эволюцией. Мол, если мы достигли рубежей, когда начинается квантовая физика, то и компьютеры у нас должны быть квантовыми. Все, как предсказывали фантасты 50 лет назад.

Но мы отвлеклись. Идем дальше.

Обычный транзистор в процессоре компьютера оперирует 0 и 1 — он в единицу времени может принимать или одно, или другое состояние, то есть, пропускать эти самые электроны, к размеру которых он приблизился, или нет. "Транзистор" в квантовом компьютере (он называется кубит) находится в т.н. суперпозиции, то есть может быть одновременно и нулем, и единицей, и производным из них. Мы не можем видеть (и прочитать) состояние кубитов, но сами они могут обмениваться своим состоянием и могут его преобразовывать. В теории это позволяет создать компьютер, способный к параллельным вычислениям и конечная скорость этих вычислений будет невероятно, невообразимо большой, что совершит переворот во многих научных сферах.

Самая большая проблема в том, что мы пока не знаем, как конкретно создать такой компьютер. Ну, то есть, все понятно, но… есть несколько принципиальных проблем, разрешить которые мы пока не можем.

Более подробно — в этом видео (есть русские субтитры):

Представьте себе типичную ГЭС. Есть плотина, в нее встроена, например, одна турбина. Вода падает на турбину, она вращается, вырабатывается электричество. Это будет наш компьютер, например, конца 1990-х — один процессор. Теперь возьмем платину побольше, в ней будет четыре или даже восемь турбин. Это будет ваш сегодняшний компьютер или смартфон, с четырех- или восьмиядерным процессором.

А теперь представьте, что мы не строим плотину, а просто опускаем в спокойную реку узкую решетку с тысячами ячеек, причем каждая из этих маленьких ячеек является полноценной турбиной и вырабатывает столько же электричества, сколько турбина в "нормальной" современной ГЭС.

Но мощность — это еще не все. Огромный плюс квантовых компьютеров в том, что все эти "турбины" работают параллельно. Тут подойдет сравнение с дорогами. Обычные компьютеры — это лесные дорожки, по ним может проехать одна машина. Квантовые компьютеры — это тысячеполосные шоссе, по которым в единицу времени могут ехать "все", а пробок и аварий не бывает никогда.

Понятно, что мы бы хотели и такие чудо-решетки-ГЭС, и такие безразмерные шоссе, но как их сделать — понятия не имеем. Так и квантовые компьютеры.

Сравнение, конечно, очень грубое, но примерное представление о разнице в мощности и возможностях обычных и квантовых компьютеров дает. Жаль, что громкий анонс Google и размахивание флагом о "на 100 миллионов быстрее" на самом деле совсем не приблизил нас к светлому дню появления настоящего квантового компьютера. И, о, что это будет за день!