Компания-разработчик интегральных схем для квантовых компьютеров Rigetti Computing презентовала квантовую платформу, которая могла бы предоставить скорость и вычислительную мощь своих технологий рядовым бизнес-пользователям.
Квантовая механика – наука о движении материи порциями, квантами. Термин «квант» ввел немецкий физик Макс Планк, описывая взаимодействие света с атомами.
Что такое квантовый компьютер
Квантовый компьютер использует явления квантовой механики для передачи и обработки данных. От классического квантовый компьютер отличает способ представления информации. Обычные компьютеры работают на транзисторах и кремниевых чипах, используя бинарный код для обработки информации. Квантовые компьютеры основываются на принципе суперпозиции, используя вместо битов кубиты – квантовые биты – имеющие сразу два основных состояния и умеющие находиться в них одновременно: 0 и 1.
Благодаря этой особенности квантовым компьютерам не приходится перебирать все возможные варианты состояний системы: они не нуждаются в больших вычислительных мощностях и объемах оперативной памяти. Например, для расчета системы из 100 частиц достаточно лишь 100 кубитов, а не триллион триллионов бит.
Но есть у таких машин и минусы – например, они требуют сложного процесса охлаждения, который приводит квантовые чипы к температуре чуть выше абсолютного нуля. Исключая некоторые частицы и другие потенциальные помехи, остальные фотоны используются для решения вычислительных задач. Своеобразная «магия» этой системы заключается в том, как фотоны могут запутаться и произвести разные, но связанные результаты. Ученые только частично понимают, почему это работает так, а не иначе.
Цилиндр, охлаждающий квантовый компьютер
Кроме того, в процессах вычисления и обмена информацией между кубитами и внешним миром часто возникают ошибки. Ученые научились исправлять их, но для точной коррекции необходима универсальная платформа – аналог интегральной схемы – которая могла бы объединить классические вычислительные элементы. Разработкой таких интегральных схем занимается Rigetti Computing.
Квантовый лес
Компания Rigetti Computing объявила о запуске первого в истории облачного сервиса, основанного на квантовых вычислениях. Платформа Rigetti Quantum Cloud Services (QCS) предоставит пользователям доступ к гибридными вычислительным системам: как к собственным процессорам, так и к традиционным серверам. Rigetti также объявила о партнерстве с разработчиками квантовых приложений.
Преимущество сервиса QCS заключается в том, что потребители смогут использовать квантовые функции, которыми можно пользоваться в облаке. Пользователи получат доступ к виртуальному образу гибридного компьютера, имеющего свойства классического и квантового, который будет предварительно загружен с помощью языка программирования Rigetti с открытым исходным кодом. Пользователям разрешили добавлять в систему собственные инструменты и библиотеки для программирования.
Это не первый проект амбициозного стартапа. Rigetti Computing основана в 2013 году Чадом Ригетти, физиком, который ранее работал на квантовых компьютерах в IBM. К февралю 2016 года компания протестировала собственный квантовый чип, а весной 2017 года Rigetti Computing уже испытывала 8-кубитные компьютеры.
Образец квантового чипа
В июне 2017 года разработчик объявил о доступности публичной бета-версии платформы для облачных вычислений Forest 1.0, которая позволяет разработчикам писать квантовые алгоритмы. Платформа основана на языке обучения, который облегчает использование гибридных квантово-классических вычислений, а программы могут быть созданы и реализованы с использованием инструментов Python с открытым исходным кодом. Forest позволяет кодировщикам писать квантовые алгоритмы для моделирования квантовой микросхемы с 36 кубитами.
Платформа QCS, в отличие от предшественницы, будет предлагать 16 и 32-кубитные системы. В августе 2018 года Rigetti объявила о работе над 128-кубитным чипом, который планируют завершить и внедрить в QCS к августу 2019 года. Зависимость от количества кубитов такая: чем больше их использует квантовый алгоритм, тем он мощнее. Но вместе с этим увеличивается и вероятность ошибок, сказал Джеймс Уитфилд, доцент физики в Дартмутском колледже. Он считает, что квантовый компьютер IBM работает лучше, чем компьютер Rigetti, при моделировании молекул водорода. Но версия с 128 кубитами может кардинально изменить ситуацию.
Облачные перспективы
В течение многих лет евангелисты квантовых вычислений предрекали появление машин, способных разрушать самые непроницаемые закодированные сообщения, открывая скрытые свойства физического мира и превосходить обычные компьютеры во много раз. Однако до сих пор этого так и не произошло. Ни IBM, ни Google, обладающие мощными квантовыми компьютерами, не заявили, что достигли «квантового преимущества», которое бы означало, что квантовый компьютер может делать что-то более эффективно, чем традиционный. И даже если новый 128 кубитный компьютер Rigetti опередит все современные суперкомпьютеры, нет никаких гарантий, что ему будет найдено достойное применение.
Гибридная система Rigetti, объединяющая квантовый компьютер с традиционными компьютерами центров обработки данных.
Существует несколько направлений, где могут использоваться квантовые вычисления: более эффективный анализ огромных баз данных, точное моделирование атомов или разработка передового искусственного интеллекта. Но ни один из этих сценариев пока не доказан на практике.
«Моя ставка – первая демонстрация квантового преимущества, которое придет в машинное обучение», – сказал Ригетти. Его стремления в конечном итоге сводятся к тому чтобы предложить первую квантовую альтернативу существующим облачным провайдерам, таким как Amazon Web Services, Microsoft Azure и Google Cloud Platform. Компания надеется в будущем создать ряд центров квантовых данных, связанных в единую сеть. Чтобы достигнуть своей цели, компания учредила призовой фонд в 1 млн долларов для тех, кто сможет подтвердить коммерческую ценность квантовых «облаков».