Компания IBM сообщила о разработке первого коммерческого сервиса квантовых облачных вычислений — IBM Q. Сервис будет запущен уже в 2017 году, и, по словам компании, уже известны его первые клиенты. Одна из целей IBM Q — создание программных пакетов, которые обеспечат работу с квантовыми компьютерами в будущем. Компания планирует в ближайшие годы создать для сервиса универсальный квантовый компьютер с примерно 50 кубитами, который продемонстрирует возможности, недоступные классическим компьютерам. Об этом сообщают пресс-релиз компании и редакционная статья в Nature.

Квантовые компьютеры оперируют особым типом битов — кубитами. В отличие от классических битов, эти логические элементы могут находиться одновременно в состоянии «ноль» и «единица», выдавая при измерении одно из них с известной вероятностью. Это позволяет разрабатывать принципиально новые алгоритмы вычислений, которые в некоторых случаях оказываются гораздо продуктивнее классических. К примеру, алгоритм Шора оказался экспоненциально быстрее классических алгоритмов разложения чисел на простые множители, а алгоритм Гровера позволяет быстрее находить корни булевых уравнений. Подробнее о квантовых компьютерах можно прочесть в материале «Квантовой азбуки».

Фрагмент установки IBM Q — сверхпроводящие коаксиальные линии. IBM

Современные квантовые компьютеры еще далеки от того, чтобы продемонстрировать существенный прирост по сравнению с классическими вычислителями. Рекордное количество кубитов в полноценном квантовом компьютере сейчас составляет около 20 штук. К тому же, квантовые компьютеры — сложные и дорогостоящие системы, требующие охлаждения до криогенных температур (в случае сверхпроводящих кубитов). В 2016 году IBM впервые запустила свободный облачный доступ к пятикубитному компьютеру собственной разработки — проект Quantum Experience.

IBM Q. IBM

Как отмечают ученые, работа с реальными кубитами — более сложная задача, чем разработка алгоритмов для идеализированных систем. Систему из пяти кубитов можно имитировать на обыкновенном ноутбуке, но их физическая реализация обладает рядом ограничений, под которые приходится подстраивать и оптимизировать алгоритмы.

Новый сервис, который запускает компания на основе опыта с Quantum Experience, будет работать на основе большего числа кубитов. Его архитектура основана на сверхпроводящих квантовых битах. Точные параметры устройства, как и стоимость подписки на IBM Q не сообщаются. Одна из самых многообещающих областей, под которые «заточена» система — квантовое моделирование различных химических соединений. Исследователями уже разработаны техники для моделирования малых молекул, которые компания надеется масштабировать для предсказания свойств более крупных систем.

За время работы сервиса Quantum Experience на пятикубитном устройстве было проведено около 275 тысяч экспериментов 40 тысячами пользователей из более ста стран мира. На их основе были подготовлены 15 препринтов, опубликованных на сервере arXiv.org, пять из которых попали на страницы рецензируемых научных журналов. Аналогичные облачные сервисы квантовых вычислений планируют запустить Google и другие компании.

Создание квантового компьютера связано с решением большого количества задач. К примеру, ученые должны решить проблему декогеренции кубитов — выхода их из состояния суперпозиции. Следующий шаг — решение проблемы внутренних квантовых ошибок, возникающих в чипах. В 2015 году IBM разработала четырехкубитный квантовый чип, умеющий детектировать такие ошибки.

Автор: Владимир Королёв