«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 08 (15)

Хорошо, в теории все выглядит соблазнительно. А-что с практикой? Сразу скажем, какие же частицы физически могут реализовывать кубиты. Это ионы, пойманные в магнитные ловушки и всяческим образом меняющие свое состояние при воздействии лазерных лучей, это сами фотоны, наконец, даже электроны. Последний вариант и применили канадцы. Однако, чтобы из электронов (вернее из целых полчищ электронов) сделать кубиты, нужно было, чтобы целая группа электронов находилась одновременно в одном и том же квантовом состоянии.

Поскольку электрон относится к ферм ионам, таковое “согласованное пребывание” им запрещают законы квантовой физики. Однако если посмотреть на электроны в сверхпроводнике— картина меняется. Там электроны формируют так называемые Куперовские пары, которые являются бозонами, движущимися словно солдаты целой роты в ногу. А это значит, что огромное число таких электронов в куске сверхпроводника находится одновременно в одном квантовом состоянии, представляя собой прекрасный кубит.

Потому канадцы физически сделали свои кубиты в виде элементов из алюминия и ниобия, охлажденных жидким гелием до минус 273,145 градуса по Цельсию, почти до абсолютного нуля. Такой подход называется адиабатным квантовым вычислением.

Как можно воздействовать на кубиты в таком случае? При помощи определенным образом меняющихся магнитных полей. Но как квантовые логические операции, меняющие состояние всех кубитов сразу (примерно так, как в математике существуют операции над матрицами), соотносятся с теми задачами, которые нам собственно и нужно решать? Иными словами — что есть в квантовом компьютере помимо кубитов?

Сердце “Ориона” — процессор в сборе с криогенной системой охлаждения

Это— обычная кремниевая электроника со специальными программами, управляющими тем физическим оборудованием, которое меняет состояние кубитов, а также производит измерение их состояний. Программы эти делятся на три уровня — высокий, средний, низкий и последовательно осуществляют перевод задачи пользователя в набор квантовых операторов, а также — извлекают из квантового процессора “ответы”, преобразуя их в конечный результат.

13 февраля D-Wave предоставила всем желающим возможность посмотреть, как специалисты компании работают на “Орионе”.

Правда, сам этот компьютер не покидал штаб-квартиру фирмы, расположенную близ Ванкувера, — с ним люди связывались через Интернет. Они давали квантовой машине три типа задач: поиск молекулярных структур, соответствующих целевой молекуле, составление плана рассаживания (подробности неизвестны, но, предполагаем, речь идет о решении логической задачи, типа задачи о волке, козе и капусте), а также — решение логической головоломки Судоку (Sudoku).

Важно отметить, что в новом канадском чипе 16 кубитов, и это огромный шаг вперед по сравнению с прежними экспериментами. Согласно принципу квантового параллелизма, выполняя над этими кубитами одну квантовую операцию, канадские умельцы фактически выполняют аналог 65536 обычных операций.

Уже достаете фанфары и литавры? Погодите. Хотя в решении определенных типов задач Orion может быть удивительно сообразительным, в целом он еще в тысячу раз медленнее обычного настольного PC.

Правда, канадцы подчеркивают, что вся архитектура “Ориона” специально продумана, чтобы быть легко масштабируемой. И в то же время исследователи все равно не знают, будет ли это работать в большем размере? Тем не менее, они вовсю работают над более крупными вариантами своего процессора. К концу 2007-го они намерены представить 32-кубитный чип, а в конце 2008-го — 1024-кубитный процессор.

Учитывая правило 2Х, такой квантовый компьютер (если обещания будут выполнены) станет настоящим монстром вычислений, за которым выстроятся очереди из ученых и инженеров, желающих провести самые зубодробительные численные эксперименты. Такие, на которые у обычных компов ушло бы время, равное, пожалуй, возрасту Вселенной. Понятно теперь, почему даже сама D-Wave пишет: “Новое устройство предназначено в качестве дополнения к обычным компьютерам, для расширения существующих машин, а не для их замены”. При этом, заметьте, они считают Orion машиной универсальной (говорят, были примеры построения экспериментальных квантовых компьютеров строго под одну задачу). Просто для одних задач его использовать будет не оптимально, а для других он окажется незаменим.

А что с “Орионом” нынешним? Один из основателей D-Wave и глава ее отдела разработок Джорди Роуз (Geordie Rose) говорит: “Мы показали принципиальную выполнимость идеи. Мы хотим стимулировать воображение людей”. Воображение, конечно, подстегивается будь здоров. Только относиться к этому событию все равно следует спокойно.