Инженер Microsoft Криста Свор: Почему мы хотим квантовый компьютер?
Москва, 13:27, 17 Фев 2020, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
Инженер Microsoft Криста Свор хочет, чтобы квантовый компьютер решил проблему FeMoco, но это только начало того, что, по ее мнению, может сделать квантовый компьютер.
Молекула FeMoco содержится в крошечных организмах, которые помогают фиксировать азот в почве, обеспечивая растения естественным удобрением. Если бы ученые могли лучше понять химию FeMoco и «если бы мы могли имитировать то, что эти организмы делают в почве в промышленных масштабах, мы могли бы помочь сократить от 3% до 5% мирового потребления природного газа, которое идет на производство искусственных удобрений», — объяснила Свор в своем докладе на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки.
Однако понимание даже самого низкого энергетического состояния FeMoco выходит за рамки возможностей даже самого быстрого суперкомпьютера в мире. Для выполнения необходимых вычислений этому компьютеру потребуется больше времени, чем в течение всей жизни Вселенной, тогда как квантовый компьютер сможет когда-нибудь выполнить вычисления за несколько дней или недель.
Чем квантовый компьютер отличается от обычного
Современные цифровые компьютеры, от ноутбука до суперкомпьютера, работают с использованием цепочек битов — дискретных единиц данных, представленных нулями и единицами. Во время конкретной операции вычисления должны выполняться по одной строке битов за раз.
Свор объяснила, что единицей информации в квантовом компьютере является кубит. Кубиты не просто 0 или 1, но могут представлять множество комбинаций 0 и 1 одновременно, используя странные свойства квантовой механики. Это позволяет квантовому компьютеру выполнять многочисленные вычисления одновременно, например, вычисляя все битовые строки одновременно.
Она считает, что некоторые из самых сложных технических проблем в мире, включая шифрование конфиденциальных данных, создание систем на естественном языке в компьютерах и поиск наиболее экономичных маршрутов для средств доставки, относятся к числу проблем, которые можно решить с помощью квантовых компьютеров.
Криста Свор поделилась, как исследователи во всем мире создают полную экосистему квантовых вычислений, от аппаратного обеспечения до языков программирования и образовательных ресурсов с открытым исходным кодом, необходимых для обеспечения жизнеспособности квантовых вычислений.
Первым шагом является образование кубита, который может быть создан из различных материалов, включая металлические квантовые точки и нанопроволоки. Поскольку кубит сохраняет свое особое квантовое состояние только в том случае, если оно не нарушено до того, как он «считывает» свои вычисления, исследователи также должны создать вокруг него специальную защитную систему. В случае квантового проекта Microsoft, защита обеспечивается в форме интенсивного охлаждения — вплоть до температуры в милликельвинах или почти абсолютного нуля — такого же холода, как внешние области космоса.
Так как инженеры не хотят программировать при таких низких температурах, пошутила Свор, квантовой экосистеме также нужны способы управления операциями кубита с цифровых компьютеров комнатной температуры. Конечным результатом является своего рода гибридная система, которая включает новые языки для написания квантовых алгоритмов и симуляторов для проверки того, насколько хорошо будет работать квантовая программа.
Развитие технологии квантовых вычислений
Некоторые из этих тестов уже выполняются для проблемы FeMoco. Квантовый алгоритм, написанный в 2012 году для FeMoco, потребовал бы 30 000 лет вычислений. По словам Свор, благодаря шагам по тестированию и улучшению алгоритма исследователям удалось сократить время работы до полутора дней к 2015 году.
Квантовая команда Microsoft уже работает над другими реальными приложениями для квантовых вычислений. Исследователи из Университета Case Western Reserve используют квантовые алгоритмы для преобразования МРТ-сканирования на наличие рака, позволяя выполнять сканирование в три раза быстрее и улучшая их качество на 30%. На практике это может означать, что некоторые дети не нуждаются в седативном эффекте, чтобы оставаться на месте на протяжении МРТ, и врачи могут отслеживать успех химиотерапии на самых ранних этапах лечения.
Свор считает, что такие приложения, как проект МРТ в Case Western, «просто царапают поверхность». И нам нужно гораздо больше инженеров-программистов и разработчиков алгоритмов, помогающих разрабатывать новые квантовые алгоритмы».
