Квантовий стрибок. Нова історія LIGA.net з Intel та Google – творцями розуму майбутнього

У листопаді 2022 року IBM представила найпотужніший квантовий процесор Osprey. Цьогоріч Нобелівська премія з фізики дісталася одразу трьом науковцям, які в різних куточках світу досліджували явища квантової фізики. І вже скоро "квант" змінить наш світ.

Для розуміння: різниця між звичайним комп'ютером та квантовим – це як наше суспільство до появи інтернету та після. Генеральний виконавчий директор Google Сундар Пічаї розповідає LIGA.net, що квантові комп’ютери миттєво виконують обчислення, для яких класичним суперкомп’ютерам знадобилися б тисячі років.

Директор Quantum Hardware в Intel Джеймс Кларк запевняє LIGA.net, що так звані безвідмовні апарати (бо наразі з цим є невирішена проблема) зможуть створити за 10 років: "До створення безвідмовної машини з більш ніж 1 мільйона кубітів і справжнього комерційного використання квантових обчислень залишилося 10-15 років".

Проте набагато більше про технологію кажуть цифри. Якщо у 2021 році "квантовий ринок" становив $7 млрд, то вже до 2030 року, за прогнозами, він сягне $125 млрд. Майже всі великі корпорації, які ви знаєте, вже вклали сотні мільйонів у фундамент цієї технореволюції.

Цей спецтекст підготовлений LIGA.net разом із провідними інженерами, науковцями, розробниками з Оксфорду, Інсбрука та NASA, а також представниками Google, IBM, Intel, Fraunhofer, Sony, Capgemini та Vodafone.

КВАНТОВИЙ СВІТ

Коли фізик Стівен Ґокінг писав книгу "Коротка історія часу", його редактор порадив, щоб за жодних умов у ній не було формул. Таким обмеженням, зрештою, зв’язані й ми. Втім, давайте розбиратись.

Ще у 1990-х серіал "Квантовий стрибок" цілком доступно пояснював квантові принципи. Головний герой серіалу, доктор фізики Сем Беккет, робить не дуже вдалий дослід. Щоб зберегти фінансування проєкту, він заходить у квантовий прискорювач і вселяється в тіла інших людей у минулому.

До XX століття фізики були впевнені, що найменшою неподільною частинкою є атом. Проте, як виявилося, вони помилялися. Атом подільний, й існують субатомні частинки. Наприклад, кванти.

Кванти – це, по-суті, пакети, в яких переноситься енергія. Але ці пакети – незвичайні. Коли ви за ними спостерігаєте – вони мають вигляд частинки, а коли ні – то хвилі. Їхня поведінка описується складними математичними рівняннями. Це називається квантова невизначеність Гейзенберга. Саме його ім’я взяв собі за псевдо герой серіалу Breaking Bad Волтер Вайт. 

Але зараз ми маємо справу не з хімією, а з квантовою фізикою. І принцип невизначеності, який сформулював німецький фізик аж у 1927 році, є фундаментальною засадою квантової механіки.

Здавалося б, що невизначеність – це проблема. Але завдяки тому, що місцезнаходження і швидкість кванта неможливо визначити одначасно, це дає йому можливість бути одночасно 0 (нулем) та 1 (одиницею). Айтівці сказали б про це: "Це не баг, а фіча". Бо це називається суперпозиція, і саме в цьому полягає сутність квантових обчислень.

Простіше кажучи, і кванти, і квантові комп’ютери базуються на принципах квантової механіки, яка керує поведінкою частинок на атомному та субатомному рівнях.

Кванти, як ми уже знаємо, є пакетами енергії, які частинки виявляють на квантовому рівні. Квантові ж комп’ютери використовують кубіти, а не біти. Вони значно перевершують можливості класичної передачі інформації в звичних нам комп’ютерах.

ЯК ПРАЦЮЄ КВАНТОВИЙ КОМП'ЮТЕР

Звичайні комп’ютери працюють за бітною, тобто двійковою системою. Квантові – за кубітною. Це складно збагнути, якщо не займаєшся квантовою механікою. Щоб було простіше, уявіть, що під час розрахунків квантовий комп’ютер працює не конкретно з цифрою 0 чи 1, а з їхньою ймовірністю. Умовно кажучи, в один біт можна умістити рівно одну частину класичної інформації. Класичні біти можуть представляти лише один із двох можливих станів: 0 або 1.

Частинки на квантовому рівні можуть існувати в нескінченній кількості можливих станів. Кубіт може зберігати величезну кількість інформації. Між 0 і 1 – практично нескінченна кількість чисел. Можемо спробувати порахувати: 0,1, 0,2, 0,9 – а це ж тільки десяті, а є соті, тисячні.

Проте ця технологія має й свої недоліки, які особливо відчутні за масштабування проєктів, розповідає LIGA.net генеральний виконавчий директор Google Сундар Пічаї.

"У класичних обчисленнях ви маєте справу лише з бітовими станами 0 і 1, або з увімкненням і вимкненням станів. Але в квантових обчисленнях ви залежите від того, що називається кубітами, квантовими бітами, які можуть існувати в суперпозиції обох станів, 0 і 1 одночасно, хоча зазвичай лише протягом дуже коротких періодів часу. Це означає, що обчислення більш схильні до помилок, особливо коли ви масштабуєте кубіти", – каже Пічаї.

Ще одним ключовим принципом квантової механіки, який лежить в основі квантових обчислень, є заплутаність. Це відбувається, коли дві або більше частинок стають взаємозалежними. Якщо ви впливаєте на одну частинку, інформація про це миттєво, швидше за швидкість світла, переноситься на іншу. Це дозволяє одномоментно передавати інформацію на великі відстані. Для квантових обчислень це має дуже важливі наслідки.

Загалом, ці концепції є будівельними блоками квантової механіки та мають важливе значення для розуміння потенціалу квантових обчислень та інших квантових технологій. Хоча спочатку вони можуть бути складними та важкими для розуміння. Проте й звичайні комп’ютери колись здавалися фантастикою – їх не розуміли, а з їхніх розробників знущалися. 

Наприклад, академіка Віктора Глушкова, основоположника української кібернетики та перших радянських протокомп’ютерів, критикували системно, він був змушений боротись із бюрократичною машиною СРСР, щоб довести необхідність впровадження комп’ютерів.

Сьогодні над квантовими комп’ютерами працюють у провідних технічних вишах у всьому світі. Університет Інсбрука є однією із наукових установ на материковій Європі, які займаються вивченням квантових обчислень. Нещодавно вчені університету створили "ідеальний" квантовий комп'ютер, учетверо потужніший за звичайні.

Доктор Мартін Рінгбавер із університету Інсбрука розповідає LIGA.net, що його колеги досліджують одразу декілька напрямків можливостей розвитку квантових комп’ютерів. 

"Сфера квантових обчислень швидко розвивається на кількох фронтах. З експериментальної сторони це включає збільшення розміру пристрою, продуктивності та надійності. Тоді як зі сторони застосування ми бачимо докази принципових демонстрацій у сфері квантового моделювання та алгоритмів. Особлива увага в цій галузі на даний момент приділяється розробці квантової корекції помилок, яка є важливою віхою на шляху до великомасштабних квантових комп’ютерів", – каже доктор Рінгбавер.

І якщо ви майже нічого з його слів не зрозуміли – це не страшно, повірте. Ми – теж. Зрештою, наше завдання – розкрити контекст історії і розповісти про ймовірний вплив на наше з вами життя, а не навчитись самим будувати квантові процесори. А щоб краще зрозуміти процес, нам потрібна історія.

"КВАНТОВА" ІСТОРІЯ 

Концепція квантового комп’ютера не нова. Вперше її представив світу фізик Річард Фейнман у 1981 році. Науковець і ще 50 його колег зібралися в історичному будинку Ендікотта в МІТ обговорити можливості фізики обчислення. Фейнман запропонував створити комп’ютер, який використовує переваги квантової механіки. 

Знадобилось 10 років, щоб його ідею втілили в життя. У 1994 році математик Пітер Шор розробив алгоритм, який показав, як квантовий комп’ютер може розкладати великі числа на множники на декілька порядків швидше, ніж класичний комп’ютер.

Якщо з’являється якась нова теорія – це цікаво вузькому колу фанатиків. Коли її можна капіталізувати – це викликає інтерес великого бізнесу, а отже і широкого загалу.

Відтоді вчені значно просунулися в розробці квантових комп'ютерів, але вони все ще знаходяться на ранніх стадіях розробки, які ще не є широкодоступними. Перший комерційно доступний квантовий комп’ютер - D-Wave One - був представлений у 2011 році.

Зараз існує кілька компаній і дослідницьких установ, які розробляють квантові комп’ютери. Серед них IBM, Google, Microsoft і кілька стартапів.

Докторка Ханна Венцль із найбільшого в Європі наукового товариства прикладних досліджень імені Фраунгофера розповідає Liga.net, що товариство об’єднало всі інститути, які займаються квантовими дослідженнями, щоб робити це продуктивніше. Для цього вони орендували квантовий комп’ютер IBM.

"Ми заснували мережу Competence Network Quantum Computing, де об’єднані всі інститути, які займаються квантовими обчисленнями, щоб отримати від них максимальну користь. Ми орендували квантовий комп’ютер IBM на чотири роки. Тож ми використвовуємо його для спільних проєктів із партнерами з промисловості чи інших науково-дослідних інститутів та з партнерами в усьому світі", – розповіла докторка Ханна Венцль Liga.net. 

КВАНТОВИЙ КОМП'ЮТЕР ЗСЕРЕДИНИ

Коли ми були дітьми, то для того, щоб зрозуміти, як працюють іграшки, ми їх ламали. Давайте уявимо, що тепер ми розбираємо квантовий комп’ютер.

Перше, що ви побачите – систему блоків, які працюють разом, щоб взаємодіяти з кубітами та вимірювати їх. І найголовніше – це квантовий процесор. Серце, що містить масив кубітів, які виконують обчислення. В нього входить різна електроніка керування на надпровідниках. 

Саме надпровідниках, а не транзисторних напівпровідниках, як у переважній більшості наявної електроніки та сучасних комп’ютерах. Опору у надпровідниках немає, але для цього їх треба охолодити майже до абсолютного нуля (до -273°С). 

Генеральний виконавчий директор Google розповідає LIGA.net, що температури, з якими працюють квантові комп’ютери, фактично найнижчі у Всесвіті.

"Щоб дати вам відчуття складності: операції потрібно виконувати за дуже низьких температур. Фактично машини, з якими ми маємо справу, працюють за температур, нижчих за будь-яке природне місце у відомому Всесвіті", – каже Сундар Пічаї.

Крім того, у квантових комп’ютерах ми б побачили електроніку, яка керує мікрохвильовими сигналами, для управління кубітами. Також багато квантових комп’ютерів використовують лазери, щоб впливати на кубіти та вимірювати їх.

Зазвичай квантовий комп’ютер складається також і з класичного комп’ютера, він керує квантовим та інтерпретує результати.

Ще одна складова – це, власне, надпровідні кубіти. Їх зазвичай виготовляють із тонких плівок надпровідних матеріалів: алюміній, ніобій, кальцій, магній.

Також існує система виправлення помилок, позаяк комп’ютери часто роблять помилки навіть через звичайний вплив атмосфери.

Все це дуже швидко міняється, вдосконалюється, а поступ у цій сфері вимірюється місяцями, розповідає LIGA.net директор Quantum Hardware (Intel) Джеймс Кларк.

У жовтні 2022 року компанія запустила масове виробництво кубітів на 300-міліметрових кремнієвих пластинах за допомогою літографії в ультрафіолетовому випромінюванні. Вже у вересні того ж року розробила повноцінний комплект програмного забезпечення Intel Quantum SDK, перелічує Кларк.

РЕВОЛЮЦІЯ КВАНТА

Насправді революція вже відбулась. Квантові комп'ютери не просто стоять на порозі, вони виносять двері усталених технологій із петель.

Самі принципи роботи квантових комп’ютерів дозволяють виконувати певні задачі на декілька порядків швидше, робити це точніше та декілька за раз.

Сундар Пічаї розповідає LIGA.net, що квантові комп’ютери миттєво виконують обчислення, для яких класичним суперкомп’ютерам знадобилися б тисячі років. 

"За допомогою квантового комп’ютера дослідники Google продемонстрували, що він може виконувати обчислення за лічені секунди. Щоб виконати те ж саме, найшвидшому у світі суперкомп’ютеру знадобилися б тисячі років", – каже Пічаї.

За його словами, протягом багатьох років практичні квантові обчислення були можливими лише теоретично. Команда Google довела, що це може працювати.

"Цього моменту багато хто з нас чекав. Водночас ми знаємо, що ми ще на початку. Ймовірно, треба ще багато років працювати, щоб почати застосовувати їх на практиці у найбільш цікавій для нас царині. Але це все одно є неймовірною віхою", – додає він.

Квантові комп'ютери в перспективі здатні змінити фармакологію, фінанси, логістику. Все, що може звичайний ком'ютер, стане потужнішим у тисячі разів. І навіть ваш пароль до Фейсбуку "квант" зламає за пару секунд.

Доктор Девід Дойч, британський фізик-теоретик, який працював в Оксфордському університеті, розповідає LIGA.net, що існування деяких розділів науки без квантових комп’ютерів взагалі неможливе.

"У квантовій криптографії квантові комп’ютери можуть робити те, чого класичні комп’ютери взагалі не можуть – шифрувати інформацію квантовим шляхом. Хоча самі по собі квантові комп’ютери безпечні, але впровадження у сфері шифрування миттєво зробить багато безпечних форм криптографії незахищеними та застарілими. Проте з часом саме квантові комп’ютери також і забезпечать ідеально безпечні форми", – каже доктор Дойч.

Дойч є піонером у галузі квантових обчислень. У 1985 році він сформулював опис квантової машини Тюрінга, а також визначив перший алгоритм, призначений для роботи на квантовому комп’ютері.

У фармакології квантові комп’ютери можна використовувати для моделювання поведінки молекул, що призведе до відкриття нових ліків і методів лікування. У фінансах вони б виконували складний аналіз ризиків зі швидкостями, які зараз неможливі. У логістиці можуть оптимізувати ланцюжки постачання та мережі розподілу, що призведе до значної економії часу та грошей.

Старший амбасадор IBM Quantum, доктор Імед Отмані розповідає LIGA.net, що оптимізація на рівні підприємства більше не є панацеєю. Натомість квантові комп’ютери IBM допомагають враховувати складність усієї екосистеми постачання та логістики. 

"IBM співпрацювала з виробником комерційних автомобілів, щоб показати, як поєднання класичних і квантових обчислень можуть оптимізувати доставлення до 1200 місць у Нью-Йорку. Команда врахувала часові проміжки доставлення, обмеження місткості вантажівок, та прорахувала можливість зниження загальної вартості доставлення", – каже Отмані.

Квантові комп’ютери здатні кардинально змінити ситуацію в різних сферах. За їх допомогою можливості для інновацій і відкриттів практично безмежні. Однак наразі ця технологія все ще потребує багатьох років вдосконалень.

ТО КОЛИ ВИКИДАТИ СТАРІ КОМП'ЮТЕРИ І КУПУВАТИ НОВІ

Доктор Рінгбавер каже, що порівнювати квантові і класичні комп’ютери взагалі недоречно, бо у них зовсім різна логіка роботи та задачі.

"Квантові комп’ютери не є більш потужними версіями комп’ютерів, які ми маємо зараз, так само, як графічна карта не є більш чи менш потужною, ніж центральний процесор. Натомість це різні типи комп’ютерів, які відмінно справляються з різними завданнями. Класичні комп’ютери, наприклад, "ламають голову" над обчисленнями, які включають квантові ефекти, як-от в матеріалознавстві. Квантові ж комп’ютери можуть легко розв'язувати такі проблеми, бо вони квантові за своєю природою", – розповідає квантовий фізик. 

Квантові комп’ютери краще підходять для нішевих завдань, тоді як класичні ліпше справляються з поточними. Крім того, квантові комп’ютери все ще знаходяться на ранніх стадіях розробки, на рівнях дослідних установок. І хоча в розвиток технології вкладають кошти багато транснаціональних корпорацій, виклики, які стоять перед науковцями, не вирішаться ні миттєво, ні навіть швидко.

Наразі науковці працюють радше навіть не над тим, щоб витіснити комп’ютери попередньої генерації, а гармонізувати роботу класичних та квантових комп’ютерів. Для цього команди IBM Research і приватної нафтової корпорації ExxonMobil Corporate Strategy Research зробили моделі морських маршрутів, розповідає LIGA.net доктор Імед Отмані. 

"Морська логістика – особливо складна сфера із дуже багатьма перемінними та невизначеностями. Тож зараз ExxonMobil досліджує, як поєднання класичних і квантових обчислювальних методів може розв'язати складні та невідкладні глобальні проблеми під час транспортування зрідженого природного газу. На квантових пристроях ми проаналізували сильні сторони та компроміси різних стратегій маршрутизації транспортних засобів і запасів, а ExxonMobil заклали основу для побудови практичних рішень для своїх операцій", – каже Отмані.

Аналогічної думки дотримуються спеціалісти Intel. Джеймс Кларк вважає, що квантові та класичні комп’ютери працюватимуть разом. 

"Intel передбачає гібридне майбутнє для квантових і класичних суперкомп’ютерів. Дуже великий квантовий комп’ютер, ймовірно, матиме маленький класичний суперкомп’ютер поруч із ним", – каже директор Quantum Hardware.

Але для поступу у цій технології мало покращити попередню. Треба все зробити з чистого аркуша. Тож існує багато технічних проблем, які необхідно подолати, перш ніж квантові комп’ютери можна буде широко застосовувати.

Це кропітка та монотонна робота, яка нагадує марафонський біг, каже Сундар Пічаї.

"Наукові відкриття – це марафони, а не спринти. Є багато моментів, коли ви не знаєте, що ви робите, коли ви не певні, чи спрацює щось взагалі. Коли команді знадобилося обладнання, якого не існувало, вони винайшли його. Знову і знову, день за днем вони продовжують робити це, досягаючи справжнього прогресу. Саме це привело їх до цієї віхи, від якої я у неймовірному захваті", – каже представник Google.

Також для того, щоб масшатабуватися, необхідно знати, як із ними працювати широкому загалу. А поки на цьому розуміються лише доктори наук, то не варто очікувати, що завтра квантові комп’ютери з’являться на полицях магазинів. 

Проте коли вже ваша дитина скаже вам, що їй подобається працювати з квантовими комп’ютерами на уроках інформатики, тоді можна буде говорити про кінець епохи та зміну цілої технології.

Можливо, колись класичні комп’ютери стануть такими ж раритетними, як і floppy дискети, CD/DVD диски чи бобіни із магнітною стрічкою. 

РИНОК У $125 МІЛЬЯРДІВ

Квантові комп’ютери – не просто гарна назва, у фінансування цих технологій вкладають мільярдні інвестиції як приватні компанії, так і окремі держави. Цифри говорять самі за себе.

Ще у 2018 році Конгрес США ухвалив закон про національну квантову ініціативу, "для прискорення розвитку квантової інформаційної науки та технологій".

Аналітики прогнозують, що до 2030 року квантовий ринок сумарно зросте на 359%. Згідно із підрахунками експертів Precedence Research, розмір ринку до цього часу сягне $125 мільярдів.

Буквально торік, у 2022 році, розмір глобального ринку квантових обчислень становив $10,1 млрд. У тому самому 2022 році, за підрахунками експертів міжнародної консалтингової компанії McKinsey & Company, інвестори вклали у стартапи квантових технологій рекордну суму у $2,3 млрд.

До 2035 року аналітики прогнозують, що чотири галузі економіки, а саме автомобільна, хімічна, фінансова та науки про життя, першими відчують економічний вплив від квантових технологій. За словами аналітиків, вони можуть потенційно заробити до $1,3 трлн.

Державний сектор також не відстає. Китай оголосив, що за 2022 рік інвестував у квантові технології $15,3 млрд. США виділили на них $1,8 млрд, ЄС – $1,2 млрд. 

Ініціатива Quantum Flagship, що фінансується безпосередньо ЄС, оголосила про намір "започаткувати конкурентоспроможну європейську індустрію" квантових технологій. 

Щоб підтримати дослідників у цій сфері та стимулювати їх, консорціум QuantERA щорічно оголошує конкурс дослідницьких проєктів. З 2017 року його переможцям виплатили вже $129 млн. 

Як розповідає докторка Ханна Венцль, всі вони зацікавлені в інвестиціях у квантові комп’ютери, бо як тільки вони почнуть показувати масштабні результати, то на них виникне величезний попит.

"Уряди інвестують багато грошей, щоб почати квантові обчислення. Звісно, це перспективно, позаяк, щойно апаратне забезпечення буде готове і зможе показувати реальні результати, на нього виникне величезний попит. Тож наразі ми працюємо як над софтом, так і над хардом для квантових комп'ютерів. Яке обладнання себе краще зарекомендує, те і буде у подальшому взяте "на озброєння" у наступних версіях комп’ютерів", – розказує докторка Ханна.

Компанії вкладають астрономічні кошти у квантові дослідження. IBM, Samsung, Vodafone, Sony, Boeing, найбільший банківський холдинг США JPMorgan Chase&Co, приватна нафтова корпорація США ExxonMobil, французька консалтингова корпорація Capgemini – всі великі корпорації сумарно витрачають мільярди доларів на "квантове майбутнє".

У 2021 році лише один Samsung інвестував у кілька квантових стартапів, таких як IonQ, близько $84 млн.

Французька консалтингова корпорація Capgemini протягом декількох років бере участь у квантових дослідженнях, розповідає LIGA.net старший глобальний PR-менеджер компанії Віктор Грукс.

"Завдяки нашому партнерству з IBM ми маємо доступ до квантових обчислювальних потужностей, і ми стали першим корпоративним квантовим центром у мережі IBM, що дозволяє нашим клієнтам отримати доступ до цих можливостей. Ми не тільки даємо нашим клієнтам можливість дослідити квантову технологію. Ми також навчаємо їх та впроваджуємо в різних сферах бізнесу", – каже Грукс.

У Vodafone Group охрестили популярність квантових комп'ютерів "квантоманією". Там перш за все зацікавлені криптозахистом, каже Люк Іббетсон, керівник групи досліджень і розвитку Vodafone Group.

"Квантова технологія має неймовірний потенціал для оптимізації мережі. Тому ми є партнерами з IBM, яка надає нам доступ до квантової технології. Інвестиції в квантово-безпечну криптографію зараз також дають нам спокій, що наша інфраструктура та дані клієнтів також завжди будуть у безпеці, оскільки ми досліджуємо переваги квантових обчислень", – розповідає він у розмові з LIGA.net.

Масакі Цукакоші, спікер технічної команди групи компанії Sony, каже LIGA.net, що в компанії безпосередньо зацікавлені квантовою технологією, але про розмір інвестицій публічно говорити не хочуть: "Серед різноманітних бізнесів Sony Group ми зараз досліджуємо сфери бізнесу, де ми можемо використовувати цю технологію. Ми шукаємо технічні галузі та програми, які можуть використовувати переваги унікальних характеристик кванта, і поглиблюємо наші знання".

Наразі IBM Quantum спільно із університетом Йонсея будують національну квантову екосистему Кореї. В Європі динамічну екосистему квантового моделювання просуває європейський квантовий флагманський проєкт PASQuanS, що об’єднує 25 академічних і технологічних партнерів з Австрії, Франції, Німеччини, Італії та Іспанії.

Intel також є одним із флагманів у створенні повноцінної комерційної квантової системи, розповідає LIGA.net директор Quantum Hardware в Intel Джеймс Кларк. Попри великий поступ у розробці квантових комп’ютерів, у Intel прогнозують, що так звані безвідмовні апарати зможуть створити не раніш ніж за 10 років.

"Попри дуже захоплюючі розробки в галузі, до створення безвідмовної машини з більш ніж 1 мільйона кубітів і справжнього комерційного використання квантових обчислень залишилося 10-15 років. Проте ми маємо бути зосереджені на тому, чи можливо досягти квантової переваги з порівняно невеликими потужностями та зрозуміти, як ця технологія виглядає", – розповідає Кларк.

ЗА КВАНТОВИМ ГОРИЗОНТОМ

Добре, тепер ми знаємо, що квантові комп'ютери за умови широкого застосування змінять життя людей і переформатують економіку.

Але що далі?

Що станеться, якщо, наприклад, квантові технології поєднати зі штучним інтелектом? Відповідь: невідомо. Це поєднання потенційно дозволить людству вийти далеко за межі наших можливостей. Проте, можливо, краще не поєднувати надпотужні комп'ютери та штучний інтелект.

Квантові технології, крім того, можна використати для моделювання атомів та молекул. Такі симуляції важливі, щоб розуміти поведінку матерії на субатомному масштабі. 

"Квантові комп’ютери дотримуються законів квантової механіки, які також лежать в основі поведінки атомів. Таким чином, квантові комп’ютери цілком природно можуть моделювати ефекти атомної фізики, що може бути складним для класичних комп’ютерів", – розповідає LIGA.net доктор Мартін Рінгбавер.  

Одна з найбільш вражаючих демонстрацій потужності квантових комп’ютерів для моделювання відбулася в 2017 році. Тоді дослідники з Google використали такий комп’ютер для моделювання енергетичних рівнів молекули водню. Ці обчислення були б надзвичайно складними для класичних комп’ютерів, але "квантовий розум" зміг вирішити їх за лічені години.

У 2018 році команда дослідників із Національної лабораторії Оук-Ріджа використала квантовий комп’ютер для моделювання атомного ядра, продемонструвавши потенціал розв'язання складних проблем у ядерній фізиці.

Дослідження нових галактик теж перестане бути проблемою. Досі науковці впираються в те, що їм треба обробити та проаналізувати величезну кількість даних із телескопів, спектрографів та інших приладів. Зазвичай завдяки цим даним науковці дізнаються інформацію про склад зірок, планет та інших небесних об’єктів.

Через величезні обсяги даних класичним комп’ютерам для цього потрібно багато часу. Квантові комп’ютери можуть не тільки зробити це швидше, але й більш точно та детально сформувати модель Всесвіту. 

Генеральний виконавчий директор Google називає це довгостроковим проєктом, або moonshots.

"У Google ми завжди вірили в довгострокові ставки. Ми називаємо їх moonshots (місячні постріли – амбітні дослідницькі та новаторські проєкти, розпочаті без гарантії короткострокової прибутковості чи вигоди. – ред.). І ми завжди знали, що квантові обчислення є одними з них. Щоб досягти важливих наукових проривів, нам потрібно зосереджено працювати багато років, можливо десятиліття. Однак квантові обчислення дозволяють нам допомогти зрозуміти Всесвіт глибше та суттєвіше", – каже Сундар Пічаї в розмові з LIGA.net.

Ще у 2019 році повномасштабні астрофізичні дослідження за допомогою квантових комп’ютерів почали проводити NASA разом із Google.

Сьогодні дослідницький центр NASA об’єднує зусилля різних дослідників із метою визначити майбутній вектор розвитку NASA, розповідає LIGA.net Франк Таварес, cпеціаліст із комунікацій центру.

"Наразі лабораторія квантового штучного інтелекту (QuAIL) є місцем, де NASA проводить дослідження, щоб визначити можливості квантових комп’ютерів і їхній потенціал для підтримки цілей агентства в найближчі десятиліття. Ми досліджуємо квантові застосунки і алгоритми, розробляємо інструменти для квантових обчислень і досліджуємо фундаментальну фізику", – розповідає Таварес.

Мабуть, майже всі найбільші корпорації та технологічні центри світу зосередили зусилля на "квантовому прориві". І, схоже, він вже стався. Надалі вплив "квантів" на наше з вами життя ставатиме все помітнішим.

Проте свого часу Альберт Ейнштейн казав, що якщо квантова теорія правильна – це означає кінець фізики як науки.

Що ж, здається, це станеться ще за нашого життя.