Людство стоїть на порозі найрадикальніших технічних перетворень за всю свою історію: продані перші екземпляри квантового комп'ютера D-Wave з воістину необмеженими можливостями і відповідною – нечуваною – ціною, пише Олег Шанковський у №8 журналу Корреспондент від 28 лютого 2014 року.
У 1999 році Джорді Роуз, аспірант-фізик канадського Університету Британської Колумбії позичив у свого викладача $ 4.000 і, озброївшись ноутбуком, разом з кількома друзями створив маленьку компанію D-Wave. Молоді вчені збиралися зайнятися теоретичними дослідженнями в галузі найменш вивченої, але найбільш захопливої фізики – квантової.
На цей момент компанія D-Wave все ще невелика – її штат складають лише 114 осіб, і розташована вона в невеликому канадському містечку Барнабі біля Ванкувера. Це не заважає D-Wave бути об'єктом найпильнішої уваги науковців і урядів з усього світу, провокувати гарячі суперечки серед фізиків і математиків, а також змушувати людей вірити в те, що подолання невиліковних нині хвороб, створення штучного інтелекту й освоєння інших світів цілком можливо, навіть більше – вже не за горами.
D-Wave – перша і поки що єдина у світі компанія, яка оголосила про створення і початок комерційних продажів квантового комп'ютера, здатного миттю вирішувати недоступні нинішнім комп'ютерам завдання, а також відкрити світу немислимі раніше можливості.
"Людство перебуває на порозі найбільшого прориву, який коли-небудь здійснювало, – заявив Роуз під час одного зі своїх виступів у 2013 році. – Машини, які ми побудуємо, перевершать нас у всіх аспектах. Я маю на увазі не тільки обчислення, не тільки кращий пошук. Я маю на увазі все".
У серйозність намірів D-Wave вже повірив багато хто. Так, серед інвесторів компанії є такі впливові люди та організації, як засновник інтернет-гіганта Amazon Джефф Безос, венчурна компанія Draper Fisher Jurvetson, відома підтримкою проектів Skype і Tesla Motors, а також інвестиційний підрозділ ЦРУ під назвою In-Q-Tel.
Проте основу для гордості канадців складають їхні клієнти, які вже купили комп'ютери D-Wave вартістю $ 10 млн кожен. Серед них – інтернет-гігант Google, який придбав комп'ютер спільно з NASA, Lockheed Martin, одна з найбільших оборонних компаній США, а також певна "неназвана" розвідувальна організація.
"Потенційні вигоди для NASA включають значно поліпшені алгоритми оптимізації для численних завдань планування та розкладу місій, розпізнавання образів за допомогою дистанційного зондування, управління повітряним рухом, виявлення аномалій і прийняття рішень", – каже Корреспонденту Рупак Бісвас, керівник Розширеного відділу суперкомп'ютерів NASA.
Фабрика рекордів
Головна характерна риса квантових процесорів полягає в тому, що носіями інформації тут є не звичайні, а квантові біти – так звані кубіти. На відміну від звичних, які можуть перебувати лише у стані нуля або одиниці, кубіти здатні перебувати в обох цих станах одночасно.
Квантові комп'ютери теоретично здатні за прийнятний час вирішувати завдання, на які у звичайних пішли б століття
Відповідно, кількість переданих процесором даних, а також швидкість їхньої обробки значно зростає, особливо за збільшення числа кубітів. У випадку з процесором D-Wave, на якому компанії вдалося розмістити одночасно 512 кубітів (інші дослідницькі центри відстають у цьому аспекті в десятки разів), кількість операцій, теоретично можливих в один момент, становить 2512 – більше, ніж кількість атомів у Всесвіті, кажуть учені. Завдяки цьому квантові комп'ютери теоретично здатні за прийнятний час вирішувати завдання, на які у звичайних пішли б століття.
І це не єдиний рекорд, встановлений канадськими творцями диво-комп'ютера. Для роботи пристрою необхідна його абсолютна ізоляція від будь-яких зовнішніх впливів, у тому числі і температурних. Вчені довели температуру навколо процесора до мінус 273 градусів за Цельсієм – це на 1 градус за Цельсієм нижче, ніж у туманності Бумеранга, що розташована на відстані 5.000 світлових років від Землі, яка вважається найхолоднішим природним місцем у Всесвіті, і лише трохи вище за абсолютний нуль.
Однією з найбільш складно реалізованих умов для роботи квантового процесора є необхідність приводити кубіти у стан так званої квантової заплутаності – тільки таким чином вони будуть повноцінно взаємодіяти один з одним і видавати необхідні дані. Компанія D-Wave стверджує, що впоралася з проблемою, застосувавши так званий адіабатичний метод, тоді як інші вчені намагаються будувати квантові комп'ютери за моделлю квантового вентиля.
"Адіабатична модель працює на архітектурі, що ґрунтується на нейронних мережах, у той час як вентильна модель працює на тій самій основі, на якій побудована традиційна кремнієва архітектура", – йдеться у відповіді D-Wave, надісланій на запит Корреспондента.
Важкі сумніви
"Це не квантовий комп'ютер, – стверджує в коментарі виданню Девід Полін, доцент кафедри фізики Шербрукського університету в Канаді, розповідаючи про своє ставлення до пристрою компанії D-Wave. – Немає взагалі жодних показників того, що він може робити речі, властиві квантовим комп'ютерам, такі як факторинг або симуляція інших квантових систем. Насправді є дуже сильні аргументи проти такої можливості".
Полін не самотній. Багато вчених зі світовим ім'ям ставлять під сумнів як саму причетність канадського продукту до квантових технологій, так і приписувані йому можливості.
В одному з тестів квантовий процесор вирішив завдання протягом 0,5 секунд, у той час як його опоненту знадобилося цілих 30 хвилин – різниця у швидкості склала 3.600 разів
Головна проблема, через яку вчені не можуть зійтися на єдиній думці щодо комп'ютера D-Wave, полягає в тому, що його важко тестувати в загальноприйнятому сьогодні сенсі. Ця машина є вкрай вузькоспеціалізованим продуктом, спрямованим в першу чергу на вирішення проблем дискретної комбінаторної оптимізації. Квантовий комп'ютер не розуміє звичайних мов програмування – до нього треба звертатися шляхом спеціальних алгоритмів, яких сьогодні існує лише близько 50.
Самі канадці часто посилаються на дослідження професора Амхерстського коледжу Катерини МакГ’ю, яка в травні 2013 року провела ряд порівняльних тестів між пристроєм D-Wave і комп'ютером з чотириядерним процесором Intel. В одному з тестів квантовий процесор вирішив завдання протягом 0,5 секунд, у той час як його опоненту знадобилося цілих 30 хвилин – різниця у швидкості склала 3.600 разів.
"D-Wave також випустила десятки рецензованих документів, які доводять можливості наших комп'ютерів", – заявили Корреспонденту в компанії.
Але ані дослідження МакГ’ю, ані запевнення самих канадців поки що не переконують скептиків, які вимагають більш вагомих доказів.
"Ці пристрої "працюють" у тому сенсі, що вони виконують те, що описано в супровідних технічних паперах. Водночас описані там результати досить посередні", – запевнив видання Грег Куперберг, професор математики і фахівець з квантової алгебри з Каліфорнійського університету Девіса.
Скептики зазначають, що в ряді інших тестів різниця у швидкості обчислень не була настільки великою, а іноді була й відсутньою. Канадці вважають такі судження в корені невірними.
"Кінь міг перевершити у швидкості літак братів Райт. Але літак це не швидший кінь. Літак – це інший тип машини. Літак використовує інший ресурс, даний нам природою, – третій вимір", – пояснював особливості свого дітища Роуз.
Інший, здавалося б, важливий козир на користь D-Wave – купівля цих комп'ютерів кількома серйозними організаціями (оборонний гігант Lockheed Martin купив навіть дві моделі по $ 10 млн кожна) – також не вражає тих, хто сумнівається. За словами Куперберга, компанії поки лише досліджують пристрої канадців.
"Це як купити експериментальну спортивну машину. Ви купуєте її не тому, що вона корисна, ви купуєте її, щоб пограти або справити враження на оточення", – упевнений професор.
Бісвас також підтвердив Корреспонденту, що поки що його організація спільно із вченими з Google тільки досліджує можливості купленого комп'ютера D-Wave, а також пообіцяв, що через кілька місяців результати тестів будуть опубліковані для широкого загалу.
Світле майбутнє
Тим не менш, незважаючи на різне ставлення до досягнень канадців, всі наближені до цієї сфери вчені впевнені, що квантові комп'ютери здатні найрадикальнішим чином змінити життя людства, причому вже в найближчому майбутньому.
Серед іншого від нових технологій чекають, що стане можливим більш раннє виявлення і лікування раку та інших важких захворювань. Також передбачається, що вони забезпечать безпеку в авіації (саме для цієї мети компанія Lockheed Martin і придбала машину D-Wave) і допоможуть удосконалити самокеровані автомобілі.
Вчені прогнозують, що стане можливим швидше і точніше передбачення небезпечних погодних аномалій, виявлення заселених або придатних для життя планет і навіть, крім усього іншого, створення повноцінного штучного інтелекту.
"Квантові комп'ютери приведуть до величезних, навіть приголомшливих прискорень деяких типів обчислювальних проблем", – упевнений Полін.
Він також вважає неправильним сприйняття квантового комп'ютера як вузькоспеціалізованого пристрою.
"Це як сказати, що літак – "вузький" винахід, оскільки він не може бути використаний як човен або машина", – пояснює учений.
Ще одним важливим аспектом є те, що всі потенційні потужності квантових обчислень будуть доступні не тільки обмеженому колу науковців, а й всім користувачам, яким вони знадобляться. Вже зараз для цієї мети компанія D-Wave готує технологію доступу до їхніх комп'ютерів через "хмару".
Відомий американський журналіст і письменник Лев Гроссман, автор статті про квантові комп'ютери для останнього номера журналу Time, залишився під глибоким враженням від спілкування з ученими на цю тему.
"Ти думаєш, смерть – одна з великих реальностей нашого існування. Але потім ти зустрічаєш людей, які кажуть: "Ні. Я в це не вірю. Смерть – це хвороба, яку можна вилікувати", – міркував Гроссман в одному зі своїх недавніх інтерв'ю. – Це розумні, добре поінформовані люди. Вони дивляться на те, як ми старіємо, і думають: але ж можна і не старіти".
Судячи з усього, вже в найближчому майбутньому в руках у людей може опинитися інструмент, який нарешті дасть відповіді на головні запитання життя.
Характеристики квантового комп'ютера D-Wave
Розмір – 1,8х1,8х3 м
Споживання енергії – 15 кВ/год
Температура роботи – мінус 273 градусів за Цельсієм
Процесор – 512 кубітів
Кількість одночасних операцій – 2 у 512 ступені
Вартість – $ 10 млн
D-Wave всемогутній
Що зробить людство за допомогою квантових комп'ютерів D-Wave (прогноз засновника компанії D-Wave Джорді Роуза)
1 . До 2018 року NASA знайде планету з океанами, рідкою водою і схожою на земну атмосферою на відстані до 40 світлових років від Землі, використовуючи квантовий комп'ютер; почнеться серйозна дискусія про подорож туди. Для цього буде використана одна з наших машин
2 . До 2023 року станеться великий прорив у фізиці, заснований на моделі, наріжним каменем якої буде реальність паралельних світів; експеримент буде виконаний на квантовому комп'ютері, який підтримає нову теорію
3 . До 2028 року з'явиться розумна машина, здатна робити все, що може людина; квантові комп'ютери відіграють вирішальну роль у створенні цього нового типу інтелекту
***
Цей матеріал опубліковано в №8 журналу Корреспондент від 28 лютого 2014 року. Передрук публікацій журналу Корреспондент в повному обсязі заборонено. З правилами використання матеріалів журналу Корреспондент, опублікованих на сайті Корреспондент.net, можна ознайомитися тут.