В1999 году Джорди Роуз, аспирант-физик канадского Университета Британской Колумбии одолжил у своего преподавателя $ 4.000 и, вооружившись ноутбуком, вместе с несколькими друзьями создал маленькую компанию D-Wave. Молодые ученые собирались заняться теоретическими исследованиями в сфере наименее изученной, но наиболее будоражащей умы области физики — квантовой.
В данный момент компания D-Wave все еще невелика — ее штат составляют всего 114 человек, и обосновалась она в небольшом канадском городке Барнаби возле Ванкувера. Это не мешает D-Wave быть объектом самого пристального внимания ученых и правительств со всего мира, провоцировать горячие споры среди физиков и математиков, а также заставлять людей верить в то, что преодоление неизлечимых ныне болезней, разработка искусственного интеллекта и освоение других миров вполне возможно, более того — уже не за горами.
D-Wave — первая и пока единственная в мире компания, которая объявила о создании и начале коммерческих продаж квантового компьютера, способного в мгновение ока решать недоступные нынешним компьютерам задачи, и, кроме того, открыть миру немыслимые ранее возможности.
“Человечество находится на пороге самого большого прорыва, который когда-либо свершался, — заявил Роуз во время одного из своих выступлений в 2013 году. — Машины, которые мы построим, превзойдут нас во всех аспектах. Я имею в виду не только вычисления, не только лучший поиск. Я имею в виду все”.

В серьезность намерений D-Wave сегодня поверили многие. Так, среди инвесторов компании есть такие влиятельные люди и организации, как основатель интернет-гиганта Amazon Джефф Безос, венчурная компания Draper Fisher Jurvetson, известная поддержкой проектов Skype и Tesla Motors, инвестиционное подразделение ЦРУ под названием In-Q-Tel.
Однако основу для гордости канадцев составляют их клиенты, уже купившие компьютеры D-Wave стоимостью $ 10 млн каждый. В их числе — интернет-гигант Google, который приобрел компьютер совместно с NASA, Lockheed Martin, одна из крупнейших оборонных компаний США, а также некая “неназванная” разведывательная организация.
“Потенциальные выгоды для NASA включают значительно улучшенные алгоритмы оптимизации для многочисленных задач планирования и расписания миссий, распознавание образов с помощью дистанционного зондирования, управление воздушным движением, обнаружение аномалий и принятие решений”, — говорит Корреспонденту Рупак Бисвас, начальник Расширенного отдела суперкомпьютеров NASA.

Фабрика рекордов

Главная отличительная черта квантовых процессоров состоит в том, что носителями информации здесь служат не обычные, а квантовые биты — так называемые кубиты. В отличие от привычных, которые могут пребывать только в состоянии ноля или единицы, кубиты способны находиться в обоих этих состояниях одновременно.
Соответственно, количество передаваемых процессором данных и скорость их обработки значительно возрастает, особенно при увеличении числа кубитов. В случае с процессором D-Wave, на котором компании удалось разместить одновременно 512 кубитов (другие исследовательские центры отстают в этом аспекте в десятки раз), количество операций, теоретически возможных в один момент, составляет 2512 — больше, чем число атомов во Вселенной, говорят ученые. Благодаря этому квантовые компьютеры теоретически способны за приемлемое время решать задачи, на которые у обычных ушли бы столетия.
И это не единственный рекорд, установленный канадскими создателями чудо-компьютера. Для работы устройства необходима его абсолютная изоляция от каких-либо внешних влияний, в том числе и температурных. Ученые довели температуру вокруг процессора до -273 оС — это на 1 оС ниже, чем в туманности Бумеранга, находящейся на расстоянии 5.000 световых лет от Земли, которая считается самым холодным естественным местом во Вселенной, и лишь немногим выше абсолютного ноля.
Одним из самых сложно реализуемых условий для работы квантового процессора является необходимость приводить кубиты в состояние так называемой квантовой запутанности — только таким образом они будут полноценно взаимодействовать друг с другом и выдавать нужные данные. Компания D-Wave утверждает, что справилась с проблемой, применив адиабатический метод, тогда как другие ученые пытаются строить квантовые компьютеры по модели квантового вентиля.

“Адиабатическая модель работает на архитектуре, основанной на нейронных сетях, в то время как вентильная модель функционирует на той же основе, на которой построена традиционная кремниевая архитектура”, — говорится в ответе D-Wave

Тяжелые сомнения

“Это не квантовый компьютер, — поясняет в комментарии изданию Дэвид Полин, доцент кафедры физики Шербрукского университета в Канаде, рассказывая о своем отношении к устройству компании D-Wave. — Нет вообще никаких показателей того, что он может делать вещи, присущие квантовым компьютерам, такие как факторинг или симуляция других квантовых систем. На самом деле есть очень сильные аргументы против этой возможности”.
Полин не одинок. Многие ученые с мировым именем ставят под сомнение как саму причастность канадского продукта к квантовым технологиям, так и приписываемые ему возможности.
Главная проблема, из-за которой ученые не могут сойтись в едином мнении относительно компьютера D-Wave, состоит в том, что его трудно тестировать в общепринятом сегодня смысле. Эта машина крайне узкоспециализированный продукт, направленный в первую очередь на решение проблем дискретной комбинаторной оптимизации. Квантовый компьютер не понимает обычных языков программирования — к нему нужно обращаться путем специальных алгоритмов, коих сегодня существует лишь около 50.
Сами канадцы часто ссылаются на исследования профессора Амхерстского колледжа Катерины Макгью, которая в мае 2013 года провела ряд сравнительных тестов между устройством D-Wave и компьютером с четырехъядерным процессором Intel. В одном из тестов квантовый процессор решил задание в течение 0,5 секунд, в то время как его оппоненту понадобилось целых 30 минут — разница в скорости составила 3.600 раз.

“D-Wave также выпустила десятки рецензируемых документов, которые доказывают возможности наших компьютеров”, — заявили в компании. Но ни исследования Макгью, ни заверения самих канадцев пока не переубеждают скептиков, требующих более веских доказательств.
“Эти устройства “работают” в том смысле, что они выполняют то, что описано в сопроводительных технических бумагах. В то же время приведенные там результаты весьма заурядные”, — заверил издание Грег Куперберг, профессор математики и специалист по квантовой алгебре из Калифорнийского университета Дэвиса.
Скептики указывают, что в ряде других тестов разница в скорости вычислений не была столь велика, а иногда и отсутствовала. Канадцы считают такие суждения в корне неверными.
“Конь мог превзойти в скорости самолет братьев Райт. Но самолет это не более быстрый конь. Самолет — это другой тип машины. Самолет использует иной ресурс, данный нам природой, — третье измерение”, — объяснял особенности своего детища Роуз.
Другой, казалось бы, важный козырь в пользу D-Wave — покупка этих компьютеров несколькими серьезными организациями (оборонный гигант Lockheed Martin купил даже две модели по $ 10 млн каждая) — также не впечатляет сомневающихся. По словам Куперберга, компании пока исследуют устройства канадцев.
“Это как купить экспериментальную спортивную машину. Вы покупаете ее не потому, что она полезна, вы покупаете ее, чтобы поиграть или произвести впечатление на окружающих”, — уверен профессор.
Бисвас подтвердил , что его организация совместно с учеными из Google только исследует возможности купленного компьютера D-Wave, и пообещал, что через несколько месяцев результаты тестов будут опубликованы для широкой общественности.

Светлое будущее

Тем не менее, несмотря на разное отношение к достижениям канадцев, все приближенные к этой сфере ученые убеждены, что квантовые компьютеры способны самым радикальным образом изменить жизнь человечества, причем уже в обозримом будущем.
Среди прочего от новых технологий ждут, что станут возможными более ранняя диагностика и лечение рака и других тяжелых заболеваний. Предполагается, что они обеспечат безопасность в авиации (именно для этой цели компания Lockheed Martin и приобрела машину D-Wave) и помогут усовершенствовать самоуправляемые автомобили.
Ученые прогнозируют быстрое и точное предсказание опасных погодных аномалий, обнаружение обитаемых или пригодных для жизни планет и даже создание полноценного искусственного интеллекта.
“Квантовые компьютеры приведут к огромным, практически волшебным ускорениям некоторых типов вычислительных проблем”, — полагает Полин.
Он также считает неправильным восприятие квантового компьютера как узкоспециализированного устройства.
“Это как сказать, что самолет — “узкое” изобретение, поскольку оно не может быть использовано как лодка или машина”, — объясняет ученый.

Другим важным аспектом является то, что все потенциальные мощности квантовых вычислений будут доступны не только ограниченному кругу ученых, но и всем пользователям, которым они понадобятся. Уже сейчас для этой цели компания D-Wave готовит технологию доступа к их компьютерам через “облако”.
Известный американский журналист и писатель Лев Гроссман, автор статьи о квантовых компьютерах для последнего номера журнала Time, остался под глубоким впечатлением от общения с учеными на эту тему.
“Ты думаешь, смерть — одна из великих реальностей нашего существования. Но потом ты встречаешь людей, которые говорят: “Нет. Я в это не верю. Смерть — это болезнь, которую можно излечить”, — рассуждал Гроссман в одном из своих недавних интервью. — Это умные, хорошо информированные люди. Они смотрят на то, как мы стареем, и думают: а ведь можно и не стареть”.
Судя по всему, уже в ближайшем будущем в руках у людей может появиться инструмент, который наконец даст ответы на главный вопрос жизни, Вселенной и всего такого.
Источник