Квантовые вычисления стали предметом новостных публикаций, но калифорнийский стартап D-Wave Quantum Inc совершил значительный прорыв. Компания решила сложную задачу с помощью своего квантового компьютера, для чего самым мощным суперкомпьютерам потребовался бы миллион лет.
Магнитные материалы и их сложность
Квантовые вычисления отличаются от привычных компьютеров, которые хранят и обрабатывают информацию в виде 0 и 1. Квантовые вычисления используют кубиты, основанные на принципах квантовой механики. Благодаря суперпозиции кубиты могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Это даёт возможность выполнять вычисления сложнее и быстрее, чем у обычных компьютеров.
Программируемые спиновые стекла — сложное магнитное вещество с применением в полупроводниках, сенсорах и разработке лекарств. Взаимодействие частиц в них происходит на микроскопическом уровне и трудно поддается моделированию традиционными компьютерами. Даже самые мощные суперкомпьютеры сталкиваются с затруднениями. Квантовые компьютеры могут изменить ситуацию.
Квантовое решение: компьютер D-Wave
В решении сложных задач помощь оказывают прототипы квантового отжига, например, компьютер D-Wave. Он использует квантовую механику для поиска оптимальных решений. Принцип действия достаточно прост: компьютер сначала рассматривает все возможные решения одновременно (высокоэнергетическое состояние), а затем изменяет параметры системы, чтобы найти наиболее стабильное и оптимальное решение, соответствующее низкоэнергетическому состоянию.
Используя такой подход к программируемым спиновым стеклам, группа D-Wave добилась результатов за несколько минут. В отличие от суперкомпьютера Frontier из Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL), которому понадобилось бы миллион лет для решения той же задачи, этот успех весьма впечатляет.
Квантовые вычисления: новый этап в обработке данных
Этот шаг является важным для поиска квантового превосходства — способности квантовых компьютеров решать задачи быстрее обычных компьютеров.
Предыдущие проявления квантового превосходства обычно были теоретическими экспериментами или расчётами без практического применения. Это достижение важно, так как исследователи D-Wave показали, что квантовый компьютер может решить актуальную и сложную задачу, которую самые мощные суперкомпьютеры не могут выполнить.
Потенциальные приложения: неограниченные горизонты
Об этом открытии сообщается в журнале. Квантовые вычисления могут открыть путь к невероятным приложениям во многих областях. Например, в медицине квантовые вычисления могут ускорить открытие новых лекарств за счёт быстрого моделирования поведения сложных молекул. В области материалов понимание квантовых взаимодействий между магнитными материалами может привести к революционным открытиям в области полупроводников, двигателей и батарей.
Последствия квантовых вычислений простираются за пределы этой сферы. Квантовые вычисления могут помочь решить острые мировые проблемы, например, изменение климата, оптимизируя энергетические системы или моделируя сложные климатические явления. Можем ожидать прогресса в искусственном интеллекте, криптографии и оптимизации цепочек поставок.