Механические квантовые компьютеры могут появиться в ближайшие 10 лет, сообщает expert.ru.
Фото: Freepik
Механический кубит, который представили швейцарские ученые, может послужить прорыву в области вычислительной техники. Он может использоваться для создания рабочих квантовых компьютеров, которые не требуют специальных температурных условий — это позволит использовать их в промышленных масштабах. Такие машины появятся на горизонте ближайших 5–10 лет. Это создает большие риски для банковских и военных систем, так как квантовые компьютеры способны быстро взламывать их шифровки.
Ученые института Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) сообщили о первом в мире механическом кубите в статье, опубликованной в журнале Science 14 ноября. В его основе лежит пьезоэлектрический диск на сапфировой подложке, который работает как механический резонатор. Его материал может принимать три значения: вибрация, или «1», покой «0» и среднее между ними состояние — суперпозиция.
Исследователи отмечают, что время когерентности (в течение которого кубит может проводить вычисления без потери информации) у механического квантового кубита больше, чем показатели цифровых и комбинированных кубитов. Тем не менее на данный момент точность механического кубита составляет всего 60%. То есть с вероятностью 40% вычисления на таких единицах и устройствах могут быть ошибочными.
Бит — это наименьшая единица измерения информации в современной технике. В устройствах он представлен в виде небольших элементов, которые могут хранить два значения: «1», если на элемент подается электрический ток, и «0», если тока нет. Это позволяет устройствам кодировать любую информацию в двоичной системе.
Кубит, помимо «1» и «0», также может принимать среднее значение между ними — суперпозицию. Это значительно повышает скорость вычислений и позволяет квантовым компьютерам решать многие задачи, недоступные обычным машинам.
Ранее, в начале октября, исследователи Шанхайского университета заявили о том, что разработанный ими квантовый компьютер D-Wave Advantage, работающий с комбинированными кубитами, смог взломать ряд широко применяемых шифровок. Тем не менее длина шифра в них составляла всего 22 бита, в то время как стандартный ключ AES, который наиболее широко используется для защиты данных, имеет длину 256 бит.
В прошлом году Банк международных расчетов назвал развитие квантовых компьютеров одной из главных угроз для банковского шифрования.
Какие возможности открывает механический кубит
Механический кубит — это фундаментальный шаг в развитии квантовых вычислительных устройств, уверен директор по информационной безопасности РАНХиГС Илья Яблоков: квантовые компьютеры, использующие механические кубиты, способны решать сложные задачи шифрования, что ставит под угрозу существующие системы криптографической защиты, они могут с высокой точностью моделировать молекулы и материалы — это открывает новые горизонты в фармацевтике и материаловедении, квантовые машины также могут оптимизировать задачи, с которыми сейчас работают обычные устройства в промышленности, логистике, финансах. Помимо этого, квантовые компьютеры на основе механических кубитов создают угрозы взлома существующих алгоритмов шифрования и требуют новых подходов к информационной безопасности, предупреждает он. Они также создадут этические и правовые дилеммы: увеличение вычислительных мощностей подчеркивает необходимость регулирования квантовых технологий, чтобы избежать злоупотреблений.
Любая технология становится значимой только тогда, когда она становится массовой; это же касается квантовых компьютеров, но пока это единичные образцы и они будут решать те же задачи, что и современные компьютеры, только в тысячи, а то и миллионы раз быстрее, уверен заместитель начальника Управления цифровой трансформации РЭУ имени Г.В. Плеханова Павел Терелянский: «Настоящий прорыв произойдет, когда человечество дозреет до постановки и решения принципиально новых задач, о которых мы пока даже не подозреваем. Но ждать осталось недолго, — думаю, существенный прорыв произойдет в течение ближайших 20–30 лет».
Применим ли механический кубит сейчас
Работа швейцарских коллег представляет собой значительный научный прорыв в области квантовой физики и инженерии, авторы не просто теоретически описали возможность создания механического кубита, но и экспериментально продемонстрировали его работоспособность, отмечает директор Института искусственного интеллекта СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Антон Зарубин. Тем не менее эта технология находится в стадии раннего развития и еще потребует целого ряда усовершенствований для создания функционального квантового компьютера, оговаривается он.
«До определенного момента считалось, что создать рабочий кубит на основе механических принципов невозможно. Кубиты в основном реализовывались на тех или иных принципах электромагнитного взаимодействия. К сожалению, электромагнитные технологии требуют поддержания состояния сверхпроводимости в условиях сверхнизких температур. И именно установки по созданию сверхнизких температур и сводили на нет все достоинства современных квантовых компьютеров. Для широкого промышленного использования квантовых компьютеров все его элементы должны в идеале работать при комнатных температурах», — поясняет Павел Терелянский. Создание кубита в приемлемых для промышленных масштабов условий — главный научно-технический прорыв, резюмирует он. Кроме того, механический кубит, как и всякое механическое устройство, может сохранять свое состояние без потребления энергии извне.
Механический кубит с точностью всего 60% не готов к применению в практических квантовых компьютерах — слишком низкая эффективность, указывает Яблоков. Немеханические кубиты уже дают точность выше 99%.
Два экстремальных состояния — «есть вибрация», «нет вибрации» — определяются в механическом кубите со 100-процентной точностью, но в кубите важна именно суперпозиция состояний, а она, судя по всему, пока детектируется крайне неуверенно, считает Павел Терелянский.
Для того чтобы создать стабильные и точные системы из подобных механических кубитов, потребуется еще много работать: до появления прототипов функциональных устройств на базе подобной технологии пройдет не менее пяти-семи лет, уверен Зарубин. Функциональные квантовые компьютеры на базе механических кубитов могут быть разработаны в течение 5–10 лет, если ученые сумеют повысить их точность и стабильность, а также разработать эффективные способы интеграции в сложные квантовые системы, считает Яблоков.
На данном этапе удалось только создать весьма неточный кубит, и речь не идет даже о построении простейшей логической схемы, отмечает Павел Терелянский. Самый осторожный прогноз дает до 10 лет развития технологии до уровня действующего промышленного образца, оценивает он. Дальше пойдет стремительное развитие технологии, когда за пять-семь лет дойдет до бытового использования таких компьютеров.
Автор Антон Козлов
Источник expert.ru