КВАНТОВОЕ ПРЕВОСХОДСТВО. В 180 млн раз быстрее суперкомпьютера: когда это будет?

Квантовые вычисления могут в миллионы раз усилить возможности нейросетей. Ученые считают, что такой супер-ИИ изменит наше восприятие реальности.

Квантовые вычисления могли бы качественно повлиять на развитие искусственного интеллекта, экспоненциально увеличив скорость обработки данных, что, в свою очередь, значительно улучшило бы наше понимание мира: от сложных молекулярных структур до таких систем, как экономика, трафик в городах, изменения климата, взаимодействие людей в самых разных ситуациях и при различных условиях, в том числе и в вооруженных конфликтах. Разработки в области генеративного ИИ, начавшиеся в середине 2000-х, являются признаком перехода машинного обучения (МО) на новые уровни. Смогут ли ученые совершить технологический прорыв в области МО и квантовых вычислений, разбирался Фокус.

Как работает квантовый компьютер

Миллиарды долларов тратятся на то, чтобы свершилась очередная революция в области высоких технологий. К примеру, известно, что инвестиции Китая в квантовые вычисления с середины 1980-х составили примерно $25 млрд. И это, конечно не предел, однако создание полнофункционального квантового компьютера (КК) — очень сложная задача. Как вы знаете, в КК вместо обычных битов — ноля и единицы, — используются кубиты (квантовые биты). Биты функционируют как переключатели, которые либо включены, либо выключены, а вот кубиты могут быть включены и выключены одновременно или могут находиться в состоянии "между" значением "ноль" и значением "единица" — именно так ведут себя субатомные частицы, а кубиты состоят из атомов и субатомных частиц.

Однако кубиты чрезвычайно сложно контролировать, поэтому создание настоящего квантового компьютера по-прежнему является огромной проблемой. Поскольку кубиты по своей природе хрупки, их необходимо изолировать от любого внешнего вмешательства, будь то человеческое наблюдение или взаимодействие с другими частицами, иначе "скомпрометированные" кубиты переходят в состояние "декогеренции" и становятся "шумными". Ученые, занимающиеся квантовыми компьютерами, пытаются решить эту проблему. Например, они помещают кубиты в среду, где температура близка к абсолютному нулю (минус 273 градуса по Цельсию), — вот тогда они более-менее стабильны. Машина также оборудована системой охлаждения, состоящей и множества трубок. По словам физика Спироса Михалакиса из Института квантовой информации и материи в Пасадене, чип, содержащий кубиты, едва можно разглядеть невооруженным взглядом, зато система охлаждения чипа просто огромна, но необходима, чтобы чип не подвергался влиянию окружающей среды. Учитывая такую конструкцию, можно с уверенностью сказать, что в ближайшее время никто не будет брать квантовый ноутбук на работу, но ученые продолжают совершенствовать КК.

Конечная цель исследователей — экспоненциальное увеличение скорости и мощности по сравнению с классическими компьютерами, обрабатывающими информацию линейно, тогда как квантовые компьютеры выполняют множество вычислений в одно и то же время — параллельно. Конечно, можно подключить несколько классических компьютеров для параллельной работы, но все равно они никогда не смогут превзойти по скорости один мощный квантовый компьютер. Сложные вычисления, на выполнение которых у классических суперкомпьютеров ушли бы тысячи лет, теоретически могут быть выполнены квантовыми компьютерами за считанные минуты.

Как можно решить проблему квантовых вычислений

Юнгсанг Ким — соучредитель и главный технический директор IonQ, пытающийся создать "лучший в мире" квантовый компьютер, считает, что человечеству предстоит пройти долгий путь прежде, чем появится настоящий КК.

"Вы можете иметь столько кубитов, сколько захотите, но кубиты — это не квантовые компьютеры, точно так же, как кремний или песок — это не компьютер", — говорит он. "Во-первых, вы должны иметь возможность сказать компьютеру, что ему делать. Во-вторых, он должен дать вам правильный ответ, в котором вы будете уверены. Проблема квантовых вычислений заключается в огромном количестве ошибок. Поэтому, когда вы ставите квантовому компьютеру задачу выполнить определенный расчет, из-за шума машина начнет выполнять не эту задачу, а производить случайные действия. В итоге, вы получите мусор".

Однако решение проблемы кубитового мусора относительно простое: исправление ошибок. Около 90% вычислительной мощности любого КК должно быть направлено на устранение шума. Хорошая новость в том, что при наличии правильных алгоритмов это возможно.

"Есть алгоритм, при помощи которого мы занимаемся квантовой коррекцией ошибок. Он находит и исправляет их, а затем КК продолжает вычисления", — говорит Спирос Михалакис.

А в компании IonQ, к примеру, применяют к кубитам так называемый подход "захваченных ионов", когда атомы редкоземельного элемента (иттербия) захватываются и удерживаются на месте с помощью электромагнитных полей. Но даже если такой метод не будет успешным, Юнгсанг Ким столкнется с жесткой конкуренцией: метод захваченных ионов IonQ является одним из нескольких подходов к квантовым вычислениям, каждый из которых делает ставку на разные типы оборудования и опирается на разные типы кубитов. Как объясняет космолог Эндрю Понцен в своей книге "Вселенная в коробке": "Аппаратное обеспечение практически не имеет значения — оно может быть основано на атомах, свете, сверхпроводящих металлах или чем-либо еще, демонстрирующем квантовое поведение".

Так называемые машины со сверхпроводящими кубитами, разрабатываемые Amazon Web Services, Google, IBM, Intel, Alibaba и Baidu, располагают аппаратной частью для "укрощения" кубитов.

ТАБЛОИД: Луддит - откуда в сети появилось модное оскорбление для противников ИИ