«Очевидных решений в этой области нет»: эксперты — о прорывах в сфере квантовых вычислений
За последнее время несколько крупных компаний сообщили о прорывных разработках в области квантовых вычислений: Microsoft представила чип Majorana 1 на основе топологических кубитов, а Amazon — прототип процессора Ocelot. RT поговорил с учёными о том, как новые открытия приближают создание квантового компьютера, какую практическую пользу принесут такие устройства и как обстоят дела с разработками в российском научном сообществе.
— Давайте начнём с того, что такое квантовые компьютеры и чем они отличаются от классических?
Доктор физико-математических наук, профессор, директор Центра квантовых метаматериалов МИЭМ им А.Н. Тихонова НИУ ВШЭ, ведущий научный сотрудник лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ Алексей Вагов:
— Классический компьютер основан на машине Тьюринга. Так называется умозрительная математическая концепция, согласно которой любые вычисления сводятся в итоге к элементарным операциям с нулём и единицей.
Квантовый же компьютер основан на явлении из области квантовой механики — квантовой суперпозиции. Явление квантовой суперпозиции можно сравнить с вращением монеты. Бит — это «орёл» либо «решка», а квантовый кубит — это когда монетка крутится, и вы не можете сказать точно, в каком положении она находится. В квантовой механике это свойство элементарных частиц находиться одновременно сразу во многих положениях.
Естественно, что это позволяет многократно повысить производительность вычислений. Так, если обычный компьютер решает задачу миллионы лет, то квантовый — за считанные часы. Это называется квантовым превосходством, достичь которого сейчас стремятся все исследовательские группы по всему миру. Что это возможно, в 1990-х годах доказали физики Дэвид Дойч и Питер Шор.
— Новости о разработках в сфере квантовых вычислений появляются практически каждую неделю. Среди последних — процессор Ocelot от Amazon и чип Majorana 1, созданный в Microsoft, где представлены топологические кубиты.
— В МФТИ ведётся работа в том же направлении, которое разрабатывает Microsoft, только последняя занимается этим уже более 20 лет. Поэтому им удалось создать чип Majorana 1. Он основан на собственной физической архитектуре: это очень тонкая сверхпроводящая проволочка, которая накладывается на особый материал — топологический изолятор. Он не проводит ток, а на поверхности у него есть некоторые физические состояния электронов, которые связываются с проволочкой. И оказывается, что по краям проволочки возникают майорановские состояния (когда элементарная частица является собственной античастицей. — RT). Они отделены от других энергетической щелью: чтобы изменить их состояние, требуется большое количество энергии, поэтому они становятся устойчивыми.
- Чип Majorana 1 от Microsoft
- © Microsoft