Среди четырех учредителей канадской компании D-Wave Systems, которая не только уже создала первый в мире квантовый компьютер, но и успешно продала его корпорации Lockheed Martin, есть ученый из бывшего СССР – Александр Загоскин.

Именно этот известный физик, выходец с Украины, был идейным вдохновителем проекта. В середине 1990-х он уехал в Канаду, где и стал одним из основателей будущей фантастической кампании. Это была его идея – заняться разработкой квантовых процессоров на основе сверхпроводниковых элементов. Загоскин сумел привлечь инвесторов, собрать команду ученых; практически все – выходцы из Советского Союза.

На начальном этапе у D-Wave Systems, основанной в 1999 году, никакой технологии не было, и они заключили соглашение с профессором Института фотонных исследований в Йене Евгением Ильичевым, также нашим соотечественником, на разработку квантового процессора на основе сверхпроводниковых датчиков. Работа длилась около 5 лет, с 2001 по 2006 год. Сначала был сделан один квантовый бит, потом два, затем дошли до четырех. Квантовый бит представлял собой кольцо микронных размеров из сверхпроводникового материала. Информация на него записывается направлением тока, который может течь в таком кольце в двух противоположных направлениях: по часовой стрелке и против. Именно существование таких состояний позволяет квантовому процессору реализовывать алгоритмы, недоступные обычным процессорам.

На данный момент в D-Wave работает около 60 сотрудников, но все вместе они – мощная группа ученых и разработчиков. В разное время они были связаны практически со всеми ведущими лабораториями, занимающимися квантовыми компьютерами, и сейчас привлекают к экспертизе ведущих экспертов мира по квантовой физике.

Для неспециалиста квантовый компьютер – это что-то совершенно фантастическое по масштабам, это вычислительная машина, перед которой обычный компьютер все равно что счеты перед компьютером. Ученые особенных прорывов на этом поле в ближайшее время не ожидали. Поэтому, когда в 2007 году канадская компания объявила, что создала 16-кубитовый процессор и компьютер на его основе уже решает несложные задачи, научное сообщество отнеслось к этому скептически. В D-Wave Systems спорить не стали, а разработали уже 128-кубитовый процессор под названием Rainier. В мае 2011 года сообщение в журнале Nature взорвало научный мир. В статье доказывалось, что работа нового компьютера имеет чистый квантово-механический характер. Появление таких компьютеров ученые ожидали через несколько десятилетий.

Уже через две недели последовало оглушительное сообщение о продаже квантового детища D-Wave корпорации Lockheed Martin. Тот же Nature сообщил, что корпорация планирует использовать эту новую технологию для создания «кибер-физических» систем, интегрирующих программное обеспечение с датчиками состояния окружающей среды. Корпорация очень придирчиво изучала квантовый компьютер, прежде чем совершить покупку, и приглядывалась к нему более года.

Зачем квантовый компьютер?

Этот первый квантовый компьютер был продан за 10 миллионов долларов.

Квантовые компьютеры, в отличие от «классических» ЭВМ, оперируют не битами, а кубитами (кубит – единица квантовой информации, «квантовый бит»), в которых хранится не дискретное состояние «0» или «1», а их суперпозиция – наложение состояний, которые с классической точки зрения не могут быть реализованы одновременно.

Вычислительную систему D-Wave One купила корпорация Lockheed Martin – крупнейший в США производитель вооружений. Многолетний контракт предусматривает поставку системы, ее обслуживание и сопутствующие профессиональные услуги.

В пресс-релизе, посвященном сделке, говорится, что Lockheed Martin и D-Wave будут сотрудничать в «реализации преимуществ вычислительной платформы, основанной на квантовом процессоре, применительно к некоторым наиболее сложным вычислительным проблемам, стоящим перед Lockheed Martin».

Как и предшествующие разработки D-Wave, машина последнего поколения основана на сверхпроводящих кубитах (физически это петли из сплава ниобия). Магнитные поля манипулируют энергетическим состоянием кубитов. А так как их когорта находится в состоянии квантовой суперпозиции, она может одновременно вести поиск во множестве энергетических состояний, представляющих различные решения задачи.

D-Wave One может оперировать 128 кубитами. Считается, что такого количества элементарных квантовых ячеек памяти, связанных друг с другом в единую систему, может оказаться достаточно для решения ряда практических задач, неподдающихся традиционным методам решения при приемлемых затратах времени.

В качестве примеров канадская компания называет верификацию ПО, анализ финансовых рисков, распознавание образов, классификацию медицинских изображений и т.п.

D-Wave при этом признает высокую сложность программирования задач для своего продукта, однако утверждает, что он может найти применение в ряде специальных ресурсоемких задач, как правило, в сочетании с «классическими» вычислениями.

Один из учредителей D-Wave Systems и директор по технологиям Джорди Роуз считает, что его машина должна делать одну вещь лучше, чем обычный компьютер: искать ответ на проблемы, которые могут быть по-настоящему решены только исчерпывающим перебором всех возможных вариантов ответов.

По словам Роуза, эффективность квантового компьютера уже проверена, и он распознавал отдельные объекты на фотографиях на 9% процентов точнее, чем классическая машина. Роуз прогнозирует, что разрыв будет быстро расти по мере отлаживания квантовой системы и софта, помогающего ей действовать.