2019 год стал для отрасли квантовых компьютеров по-настоящему прорывным. В этом году компания IBM представила миру первый коммерческий квантовый компьютер, а Google заявила, что достигла квантового превосходства. Не менее впечатляющими стали многочисленные исследования, проведенные научно-исследовательскими институтами и университетами по всему миру. От варп-двигателей до путешествий во времени – ученые из разных стран публиковали один научный доклад за другим. Попробуем оглянуться назад и вспомнить, что принес уходящий год.
В самом начале 2019 года, пока большинство из нас еще не задумывалось о реализации данных в конце года оптимистичных обещаний, IBM уже грелась в лучах славы. И не удивительно, ведь на выставке CES-2019 компания представила фактически первый в мире коммерческий квантовый компьютер. Конечно, приобрести его было нельзя, однако ученым и компаниям было предложено арендовать компьютер в квантовом центре IBM. Выглядела представленная модель внушительно и представляла собой герметичный корпус в форме куба с гранью в 2,75 м, выполненного из боросиликатного стекла толщиной 1,27 см. Помимо квантового процессора в корпусе Q System One располагаются различные управляющие модули, а также система охлаждения. Несмотря на то, что это событие относится, скорее, к области эстетики и дизайна, нежели к физике и разработкам, его можно назвать поворотным моментом в отрасли. Ведь если раньше квантовые компьютеры представлялись нам чем-то непонятным и теоретическим, существующим лишь в сердцах и умах фанатов физики, то IBM продемонстрировала вполне осязаемый квантовый компьютер, который, хотя и не внес существенных изменений в квантовую отрасль, навсегда вошел в ее историю.
Следующим значимым событием стало исследование ученых австралийского университета имени Гриффита и Наньянского технологического университета в Сингапуре, разработавших фотонный квантовый процессор, потенциальные результаты решения в котором отображаются местоположением фотонов – квантовых частиц света. Другими словами, ими был создан квантовый оракул, функционирующий на базе искусственного интеллекта. Пока компьютер предсказывает две суперпозиции для 16 различных возможностей, главным образом пытаясь вычислить, куда направляется отдельный фотон, однако дальнейшие разработки могут превратить его в настоящий инструмент супергероев.
Весной 2019 года был найден необычный способ влияния на свойства хранения информации в металлическом сплаве. Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории в США и Фуданьского университета в Китае обнаружили в сплаве кобальта и железа, используемом для изготовления жестких дисков, удивительный квантовый эффект. Новый эффект позволит усилить контроль над магнитными свойствами определенных материалов, что в дальнейшем может использоваться в разработках более мощных и эффективных материалов для хранения данных – своеобразных квантовых дисков.
Дальше — больше. Команда ученых Йельского университета заявила, что нашла решение давней загадки квантовой физики о непредсказуемости кубитов или коте Шредингера. Физики провели ряд экспериментов и доказали, что квантовый переход атома из одного состояния в другое происходит не непредсказуемо, как считалось ранее, а предваряется мимолетным сигналом-предупреждением — квантовым скачком. Исследователям удалось зафиксировать предупреждение о том, что скачок произойдет в ближайшее время – в ходе эксперимента микроволновое излучение от генераторов возбуждало искусственный атом, что приводило к квантовым скачкам.
Еще один важный вывод, к которому пришли ученые в этом году – то, что определенные квантовые частицы способны к регенерации. Специалисты Мюнхенского технического университета и Института имени Макса Планка провели эксперименты, в результате которых было установлено, что некоторые квазичастицы, по сути, являются бессмертными. Стоит ли говорить, что это имеет огромное значение не только для квантовых компьютеров, но и для всего человечества.
Азиатские физики также не стояли на месте — исследователи Йокогамского государственного университета в Японии телепортировали квантовую информацию внутрь алмаза. В ходе эксперимента ученые планировали проверить гипотезу о квантовой телепортации данных в недоступное место, выбрав в качестве такого места алмаз.
Однако и это еще не все – в сентябре компания Google заявила о достижении «квантового превосходства». Квантовым превосходством называют способность квантовых систем решать задачи, с которыми не под силу справиться традиционными компьютерам. В опубликованном (но впоследствии удаленном) компанией научном докладе говорилось, что квантовый компьютер Google смог осуществить сложное вычисление со случайными числами за 3 минуты 20 секунд, тогда как самому быстрому традиционному компьютеру для этого потребовалось бы 10 000 лет. Тем не менее, многие (в частности, все та же IBM) подвергли заявление Google сомнениям, отметив, что система Bristlecone разработана для решения одной задачи и не дотягивает до уровня универсального компьютера. Так или иначе, разработка Google является очень показательной и заслуживает интереса.
Что может быть лучше компьютера, использующего вместо двоичных битов кубиты? — Компьютер, использующий кутриты. Ведь кутриты представляют собой квантовую ячейку с тремя состояниями, тогда как у кубита их «всего лишь» два. В исследовании, опубликованном в этом году двумя независимыми командами ученых, говорится о том, что они успешно телепортировали кутрит. Теоретически, преимущество кутритов над кубитами состоит в том, что они смогут обеспечить передачу большего количества информации с меньшим количеством ошибок. Конечно, работа все еще находится на стадии эксперимента и ученым могут потребоваться годы (если не десятилетия), чтобы найти способ практического использования кутритов за пределами лаборатории, однако любое научное направление начинается с единичных прорывов.
Путешествия во времени не только возможны – скорее всего, на них способны все квантовые компьютеры, только не в совсем общепринятом смысле. Еще одной международной команде ученых-физиков удалось поместить молекулу в состояние квантовой суперпозиции. То есть, по сути, молекула находилась в двух состояниях одновременно. Конечно, пока это оказалось возможным только с молекулой, однако вполне возможно, что в будущем люди научатся помещать в квантовые состояния оборудование, автомобили и даже самих себя.
Сколько же времени пройдет до того, как квантовые компьютеры будут способны на что-то серьезное? Ответ на этот вопрос может оказаться очень неожиданным – на самом деле, уже сейчас мы можем жить внутри квантового компьютера. По мнению физиков из Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта, вся наша Вселенная может быть частью огромной космической квантовой компьютерной системы, разработанной для…кто знает, возможно, это станет известно в 2020 году.
Несомненно, открытий, исследований и научных работ в сфере квантовых компьютеров в уходящем году было намного больше, и его по праву можно назвать лучшим в истории квантовой физики с того момента, как Эйнштейн начал размышлять о реальности. Что принесет 2020, покажет время.