В октябре 2019 года компания Google объявила, что ее квантовый компьютер Sycamore за 3 минуты и 20 секунд произвел вычисление, которое заняло бы у самого быстрого суперкомпьютера в мире 10 тыс. лет.

«Квантовое превосходство», — так Google заявил о себе. Теперь у Google, было сказано, есть квантовый компьютер, способный выполнять вычисления, которые ни один обычный, «классический» компьютер не может сделать за разумное время. Google Sycamore не умеет запускать Word или Chrome, он даже не умеет запустить игру Minesweeper. На самом деле квантовый суперкомпьютер Google вообще не знает, как что‑либо делать, кроме как вычислять. Он напоминает огромный компьютер из «Путеводителя автостопщика по галактике», который выдал число 42 как «ответ на главный вопрос жизни, вселенной и всего» — хотя никто не знает, что это за вопрос. Сейчас этот «вопрос» прорабатывается в Тель‑Авиве, на улице Дерех Ашалом.

В своем офисе в городском районе Нахалат Ицхак три физика, получившие свои докторские степени в Научном институте Вейцмана в Реховоте, — 46‑летний Ниссим Офек, 36‑летний Йонатан Коэн и 32‑летний Итамар Сиван, — разрабатывают инструменты контроля, которые «укротят» квантового монстра. «Десять лет назад, когда я проходил курс по квантовым вычислениям, это считалось научной фантастикой, — рассказывает доктор Сиван, генеральный директор компании Quantum Machines, созданной физиками. — Эксперты говорили, что этого не случится при нашей жизни, а может, не случится и никогда. Как физик я считаю, что квантовые вычисления — это воплощение мечты. Почти все наши сотрудники — физики, даже те, кто работает программистом, и большинство из них сами обратились к нам. Они прочитали об израильской компании по квантовым вычислениям и просто не смогли сдержаться. Нет ничего более захватывающего, чем годами изучать кота Шредингера и прочие необузданные квантовые эффекты, а затем однажды войти в лабораторию и фактически создать реального кота Шредингера, использовать теорию как рычаг в невероятной силе вычислений».

Уже в старшей школе Сиван, который родился и вырос в Тель‑Авиве, знал, что его тянет к таинственному миру неуловимых частиц. «Я изучал физику, и в этом контексте мы немного изучали квантовую механику: без математики, на этом этапе только лишь идеи квантовой механики. И мой мозг взорвался. «Квантование» мира, пространства вокруг меня стало очень ощутимым. Я чувствовал, что понимаю квантовый мир. Потом я понял, что ничего не понимаю, но это было уже неважно. Предпочтительнее развить интуицию в отношении квантовой механики в раннем возрасте — как и в деле изучения языков. Потом я служил в армии, но не забыл эту магию».

«Я был начальником бюро (то есть военным секретарем) — на не самой сложной интеллектуальной работе в армии, — продолжает он, — и боялся, что, когда меня уволят, я стану слишком старым. Знаете, говорят, что все великие математики достигли своих прорывов в возрасте до 25 лет. Поэтому параллельно с армейской службой я начал учиться на бакалавра в Открытом университете. На следующий день после увольнения в запас я вылетел в Париж, чтобы продолжить учебу в Высшей школе, — потому что есть еще несколько вещей, которые тоже стоит сделать, пока ты молод: например, пожить в Париже».

Сиван встретился со своими партнерами по проекту, Ниссимом Офеком и Йонатаном Коэном, в Институте Вейцмана, где все они учились в Центре субмикронных исследований под руководством профессора Моти Хейблума. Сиван говорит: «Ниссим получил степень PhD и работал постдоком в Йеле как раз тогда, когда мы с Йонатаном начали работать. В то же время мы с Йонатаном основали предпринимательскую программу Института Вейцмана. Когда мы закончили обучение, мы спросили друг друга: “Что мы умеем делать в этом мире?” И ответили: квантовую электронику и предпринимательство. У нас действительно не было другого выбора, кроме как основать Quantum Machines»».

«QM — это своеобразный стартап, — говорит профессор Амир Якоби, физик Гарвардского университета и член научного консультативного совета компании. — Многие стартапы обещают создавать все более мощные квантовые компьютеры. QM поддерживает все эти амбициозные платформы. Это первая компания в мире, создающая аппаратное и программное обеспечение, которое позволит использовать такие компьютеры. Надо понимать, что квантовые вычисления родились в университетских лабораториях до того, как электронная индустрия создала специально предназначенные для этого устройства. Мы взяли устройства, предназначенные для классических компьютеров, и адаптировали их к квантовым компьютерам. Это заняло целый ряд наших студенческих лет. Вот почему QM выглядит так многообещающе. Эти парни были беднягами, прошедшими через ад, они познали свои нужды на собственном горьком опыте. Сегодня каждая исследовательская группа, с которой я знаком, находится в контакте с ними или уже купила у них систему. QM генерирует глобальный энтузиазм».

Мы вернемся к израильскому стартапу, но сначала должны понять, о чем идет речь. То, что мы называем универсальной вычислительной машиной, было задумано человеком, которого считают отцом компьютерных наук, Аланом Тьюрингом, в 1936 году. За годы до того как в мире появились настоящие компьютеры, Тьюринг предложил построить головку чтения‑записи, которая перемещала бы ленту, считывала различное состояние в каждом кадре и воспроизводила его в соответствии с полученными командами. Это звучит просто, но нет принципиальной разницы между теоретической машиной Тьюринга и моим новым ноутбуком Lenovo. Единственная разница в том, что моя «машина Тьюринга» считывает‑записывает так много кадров в секунду, что невозможно понять, что она на самом деле вычисляет.

Как выразился писатель‑фантаст Артур Кларк, «любая достаточно продвинутая технология неотличима от магии». Классические компьютеры выполняют эти вычисления с помощью транзисторов. В 1947 году Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин построили первый транзистор — слово представляет собой смесь слов «передача» и «резистор». Транзистор — это своего рода коммутатор, который находится внутри кусочка кремния и действует как многослойная рамка, о которой мечтал Тьюринг. Включите переключатель, и электричество потечет через транзистор; выключите — и электричество не течет. Следовательно, использование транзисторов в компьютерах является двоичным: если электричество протекает через транзистор, бит или двоичная цифра равны 1; если ток не течет, бит равен 0. С транзисторами началась игра в миниатюризацию. Чем меньше транзистор, тем больше их можно сжать в кусочек кремния и тем сложнее вычисления, которые можно выполнить. Потребовалось целое десятилетие, чтобы перейти от одного транзистора к интегральной схеме из четырех транзисторов. Десять лет спустя, в 1965 году, стало возможным сжать в чипе уже 64 транзистора.

На этом этапе Гордон Мур, который впоследствии основал компанию Intel, предсказал, что количество транзисторов на кристалл интегральной схемы будет продолжать расти в геометрической прогрессии. Закон Мура гласит, что каждые 18 месяцев инженеры добиваются все большей миниатюризации и размещения вдвое большего числа транзисторов в интегральной схеме. Закон Мура — это самосбывающееся сочетание естественного закона и экономического предсказания. Естественный закон, потому что миниатюрные электрические цепи более эффективны и они дешевле (но, к примеру, невозможно миниатюризировать пассажирский самолет); и экономический закон, потому что боссы инженеров прочитали статью Мура и потребовали, чтобы в следующем году инженеры разместили на схеме вдвое больше транзисторов. Таким образом мы получили золотой век компьютеров: Intel 286 с 134 тыс. транзисторов в 1982 году, 386‑й с 275 тыс. транзисторов в 1985‑м, 486‑й с 1 180 235 транзисторами в 1989‑м и Pentium с 3,1 млн транзисторов в 1993 году. Не было причин что‑то менять в этом движении.

Сегодня человечество производит десятки миллиардов транзисторов в секунду. Ваш смартфон имеет около 8,5 млрд транзисторов. Согласно расчету, сделанному аналитиком по полупроводникам Джимом Хэнди, с момента создания первого транзистора в 1947 году было изготовлено 2 913 276 327 576 980 000 000 транзисторов, то есть 2,9 секстиллиона, и через несколько лет в мире будет больше транзисторов, чем всех клеток во всех человеческих телах на Земле. Однако золотой век транзисторов, тем не менее, уже позади. «Закон Мура давно перестал быть актуальным, — говорит Амир Якоби. — Компьютеры продолжают совершенствоваться, но темпы замедлились. В конце концов, если бы мы продолжали миниатюризировать транзисторы со скоростью закона Мура, мы бы достигли стадии транзистора размером с атом — и нам пришлось бы разделить атом».

Принято считать, что замедление темпов совершенствования классических компьютеров является стимулом ускоренного развития компьютеров квантовых. QM использует другой подход. «Нет необходимости искать причины для увеличения вычислительных мощностей, — говорит Сиван. — Это бездонная яма. Создайте больше вычислительной мощности, и мы найдем что‑то, с ней связанное. Программисты разрабатывают более крутые приложения и более умные алгоритмы, но все основывается на одном подходе расчета мощности. Без этого двигателя индустрия высоких технологий не возникла бы».

«Закон Мура, — добавляет Коэн, — начинает путаться как раз потому, что миниатюризация вывела нас на уровень отдельных атомов, и квантовые эффекты в любом случае уже начинают мешать нормальным действиям транзисторов. Теперь мы на распутье. Либо мы продолжаем сражаться с этими эффектами, что и делает Intel, либо начинаем использовать их в своих интересах». И еще одна проблема с нашей универсальной машиной Тьюринга: даже если бы мы могли вечно использовать миниатюризирующие транзисторы, существует ряд «трудных проблем», которые всегда будут на шаг впереди наших компьютеров. «Maтематики делят проблемы по классам сложности, — объясняет Коэн. — Проблемы класса P просты для классического компьютера. Время, необходимое для решения этой задачи, увеличивается на полиномы, следовательно, число P5, умноженное на три, является примером полиномиальной задачи. Я могу продолжать умножать, и мое время расчета останется линейным для количества цифр, которое я добавлю к задаче. Есть также проблемы NP, относящиеся к недетерминированному полиномиальному времени. Я даю вам 15, вы должны найти первичные факторы — пять раз по три. Здесь время вычисления увеличивается экспоненциально, когда задача прогрессирует в линейном выражении. Задачи сложности NP сложны для классических компьютеров. В принципе, задача еще может быть решена, но расчет времени становится нереальным».

Классическим примером проблемы сложности NP является «проблема коммивояжера». С учетом списка городов и расстояния между каждыми двумя городами, какой кратчайший маршрут выбрать для коммивояжера, который в итоге должен вернуться в свой родной город? Между 14 городами число возможных маршрутов составляет от 10 в 11‑й степени. Стандартный компьютер выполняет операцию каждую наносекунду, или от 10 в 9‑й степени операций в секунду, и, таким образом, рассчитывает все возможные маршруты за 100 секунд. Но если мы увеличим количество городов до 22, число возможностей увеличится до 10 в 19‑й степени, и нашему компьютеру потребуется 1600 лет, чтобы рассчитать самый быстрый маршрут. А если мы хотим выяснить маршрут для 28 городов, вселенная умрет, прежде чем мы получим результат. И, в отличие от проблемы, которую решал компьютер Google, «проблема коммивояжера» происходит из реального мира. Авиакомпании, например, готовы на все, чтобы иметь компьютер, который мог бы делать такие вычисления.

На самом деле современное шифрование основано на тех же — самых сложных для компьютера — задачах. Например, когда мы заходим на сайт банка, связь между нами и банком шифруется. Какая изощренная энигмоподобная машина не позволяет взломать наш банковский счет? Простые числа. Да, большая часть конфиденциальных сообщений в интернете зашифрована протоколом, который называется RSA (обозначая фамилии израильтян Рона Ривеста, Ади Шамира и Леонарда Адельмана), чей ключ является полностью открытым: разбиение большого числа на простые числа. Каждый компьютер способен взломать RSA, но для этого потребуется много лет. Чтобы разбить число из 300 цифр на простые числа, потребуется около 100 лет расчетов. Квантовый компьютер решит проблему в течение часа — и взломает интернет.

«Главная цель изучения квантовых алгоритмов последние 25 лет состояла в том, чтобы попытаться понять, для чего могут быть использованы квантовые компьютеры, — говорит профессор Скотт Ааронсон, специалист по компьютерным технологиям из Университета Техаса в Остине и член научно‑консультативного совета QM. — Люди должны понимать, что ответ не очевиден. Природа подарила нам очень причудливый молоток, и мы должны поблагодарить нашу удачу, что как‑то удалось найти для него несколько гвоздей».

«Жуткое действие»

Что это за странный молоток? Не углубляясь в квантовую теорию, достаточно объяснить, что квантовая механика — это научная теория, которая не менее обоснована, чем общая теория относительности или теория электричества, даже если она резко противоречит здравому смыслу. Так случилось, что вселенная не была «сделана» специально для нас. В целом, квантовая механика описывает движение частиц в пространстве. Примерно в то же время, когда Тьюринг воображал свой гипотетический компьютер, было обнаружено, что мелкие частицы, атомные и субатомные, ведут себя так, как если бы они были большими волнами. Мы осветим две трещины фонариком и посмотрим на стену с другой стороны. Что мы увидим? Полосы света и тени поочередно. Две волны, которые будут образовываться в трещинах, ослабят или укрепят друг друга на другой стороне — как океанские волны. Но что произойдет, если мы запустим одну частицу света, одиночный фотон, в две трещины? Результат будет идентичен фонарику: разрушительное и конструктивное вмешательство волн. Фотон разделится на две части, одновременно пройдет через две трещины и «запутается» с самим собой на другой стороне.

Именно из этого эксперимента, который повторялся в бесчисленных вариациях, были получены две странные закономерности квантовой механики: то, что ученые называют суперпозицией (это ситуация с частицей, которую мы выпустили, она раскололась надвое и параллельно прошла через две трещины), и способность предсказывать только вероятность положения фотона (мы не знаем наверняка, куда попадет частица, которую мы запустили). Столь же странной закономерностью является квантовая запутанность. Когда две частицы запутываются, в тот момент, когда одна частица «решает», где она находится, она влияет на поведение других частиц, даже если уже находится на другой стороне трещины или на другой стороне Млечного Пути. Эйнштейн назвал это явление «жутким действием на расстоянии». «Мир квантовой механики настолько причудлив, что он безумно привлекателен, — полагает Сиван. — С одной стороны, результаты противоречат здравому смыслу; с другой стороны, это одна из наиболее обоснованных теорий». «Лучшая аналогия была предоставлена физиком Ричардом Фейнманом, который задумал идею квантового компьютера в 1982 году», — отмечает Коэн.

Фейнман сравнил мир с «великой шахматной игрой, в которую играют боги». «Мы не знаем, каковы правила игры; все, что нам разрешено делать, — это наблюдать за игрой. Конечно, если мы будем смотреть достаточно долго, в конечном счете сможем понять несколько правил». По словам Коэна, «до начала ХХ века физики могли смотреть только на пешки — на бинарные ходы. Квантовая механика показывает нам, что в природе существует более широкий и гораздо более интересный набор законов: есть ладьи, кони, ферзи». «Здесь, — добавляет Сиван, указывая пальцем, — этот стол именно здесь имеет конец, верно?.. Нет, это не так. Как и частица, которая проходит через трещины, этот стол также не имеет своего определенного размера в пространстве, только вероятность такового. Перспектива состоит в том, что мы обнаружим: частица стола экспоненциально исчезает на краю стола. Для ежедневной работы со столом мы можем обойтись классическим, упрощенным описанием. Но наш мир — это квантовый мир, и нам нужно знать, как правильно его описать. И для этого нам нужны квантовые компьютеры. Чтобы описать простую молекулу с 300 атомов, — скажем, пенициллин, — нам понадобятся классические транзисторы мощностью от 2 в 300‑й степени, — что больше, чем число атомов во вселенной. И это только для описания молекулы в определенный момент». Чтобы запустить компьютер в симуляции, нам потребуется «построить еще несколько вселенных», чтобы обеспечить весь необходимый материал.

Но сегодня человечество проводит моделирование целых галактик. Сиван говорит: «Верно, однако у человечества плохо с этим. Мы упрощаем, срезаем углы. Галактика, которую вы моделируете, состоит из молекул, которые ведут себя в соответствии с квантовой механикой. Но в модели, которую вы будете запускать, галактика, не имеющая другого выбора, будет действовать в соответствии с принципами классической механики. Это было прекрасное наитие Фейнмана: мы не можем моделировать квантовый мир с помощью классических компьютеров. Только квантовый компьютер будет знать, как моделировать квантовую систему». Фейнман не остановился на придумывании машины, которая будет изображать, или моделировать, квантовую систему — то есть такого компьютера, который будет аналогичен квантовой системе. Он спросил: почему бы не построить универсальную квантовую вычислительную машину?

Теоретические принципы универсального квантового компьютера изложены физиком израильского происхождения Дэвидом Дойчем в 1985 году. Квантовый компьютер, утверждал Дойч, не будет сравним с машиной Тьюринга; он будет способен решить любую проблему, которую способна решить машина Тьюринга, и еще несколько проблем. Например, проблемы сложности NP. «Классические компьютеры основаны на двоичных разрядах, двух состояниях, 0 или 1, — говорит Коэн. — Но, как и частица в эксперименте, кот Шредингера также может находиться в суперпозиции как мертвой, так и живой: и 0, и 1. Мы пока не знаем, как это сделать с кошками, но есть системы, которые можно привести к суперпозиции. Каждая такая система называется квантовым битом, или кубитом. Конечно, суперпозиция в конечном счете разрушится, потому что нам нужно увидеть результат с другой стороны, но по пути кошка будет и живой, и мертвой, одинокий фотон действительно прошел через обе щели — с результатом в соответствии».

Сиван добавляет: «Два классических бита могут принимать четыре возможные комбинации: 00, 01, 10 или 11. Два квантовых бита могут быть во всех четырех из этих комбинаций одновременно: 00, также 01, также 10, а также 11. С восемью кубитами вы достигнете 256 комбинаций. Это истинная экспоненциальная сила. Допустим, у вас есть процессор с миллиардом транзисторов, миллиард бит, и вы хотите удвоить его память. Вы должны были бы добавить еще миллиард бит. Чтобы удвоить память в квантовом компьютере, вам нужно будет добавить один кубит».

«Как это работает? Взять, к примеру, два простых вычисления с двумя классическими битами. В первом вычислении вы вводите 00 в машину, и алгоритм говорит компьютеру переключить или перевернуть первый бит, чтобы мы получили 01. Затем мы хотим решить другую проблему. Вводим в компьютер два бита в состоянии 11, и компьютер переворачивает второй бит, поэтому мы получаем 10. Два вычисления, две операции. Теперь мы запутаем пару квантовых битов в суперпозиции: они оба равны 00 и 11. Вместо двух операций квантовый компьютер перевернет второй бит, и мы получим и 01, и 10. Два вычисления, одна операция. И операция останется единой, независимо от того, сколько вычислений мы выполним. Если в классическом компьютере мы находимся в любой данный момент в одном из двух состояний, 0 или 1, в степени количества битов, которыми мы располагаем, то в квантовом компьютере мы находимся в любой данный момент в каждом из состояний».

Здесь уместно сделать важное уточнение. В блоге Скотта Ааронсона, который называется «Оптимист из штетла», сказано: «Квантовые компьютеры не смогут мгновенно решить сложные задачи поиска, просто попробовав сразу все возможные решения». Это потому, что квантовый компьютер может находиться во всех состояниях в любой момент — но мы, по милости Небес, не являемся квантовыми существами. Нам нужен ответ. Вот почему ученые строят квантовый компьютер с тонкой структурой, чтобы все ошибочные вычисления ослабляли друг друга, а вычисления, способствующие правильному ответу, расширяли возможности друг друга — так, чтобы мы, не квантовые смертные, с высокой вероятностью могли измерить правильный ответ среди случайной бессмыслицы.

«Почти каждая популярная статья ошибочна в этом вопросе, — объясняет профессор Ааронсон. — Как Сизиф, катящий валун в гору, я уже 15 лет пытаюсь объяснить, что, если мы просто измерим суперпозицию каждого из возможных ответов, мы получим случайный ответ. Для этого нам не нужны квантовые компьютеры — вы можете подбросить монету или раскрутить волчок. Все надежды, которые мы возлагаем на квантовые вычисления, зависят от нашей способности увеличить вероятность правильного ответа и уменьшить вероятность неправильных ответов». Итак, классический бит кодируется с помощью электрического тока в полупроводниках так, что, если ток не течет, мы получаем 0, а если он течет, мы получаем 1. Революция квантового компьютера еще не определила, как лучше всего кодировать квантовые биты, но в настоящее время наиболее продвинутые квантовые компьютеры используют двухатомный электрон. Электрон может находиться либо в атоме слева 0, либо в атоме справа 1, либо в обоих из них, в суперпозиции, — в одно и то же время.

Созданный Google Sycamore насчитывает 53 таких кубита, что меньше количества классических битов, которые были в мире, когда Мур сформулировал свой закон в 1964 году. Все гиганты, такие как IBM, Intel, Microsoft и Alibaba, находятся в квантовой гонке, чтобы добавить кубиты; эксперты полагают, что через год или два мы увидим квантовые компьютеры со 100 или 200 кубитов. Скорость увеличения поразительна, что соответствует квантовому закону Мура. Возникает вопрос: если один кубит работает, и 53 кубита работают вместе, почему бы не создать больше кубитов? Почему бы не создать процессор, обладающий сотнями, тысячами, миллионами кубитов, чтобы взломать RSA‑шифрование всех банков мира и отправиться на пенсию на яхте? Ответ в том, что квантовые компьютеры делают ошибки. Классические компьютеры тоже допускают ошибки, но мы не знаем об этом, потому что классические компьютеры исправляют ошибки. Если, например, вычисление выполняется на трех классических битах и один бит дает результат 0, а два бита дают результат 1, процессор определит, что первый бит был неправильным, и вернет его в состояние 1. Демократия.

В квантовых вычислениях демократия не работает, потому что избиратели вместе вошли в кабинку. Подумайте о трех электронах, которые присутствуют вместе как в левом атоме, так и в правом атоме одновременно. Если третий бит перевернется по ошибке, мы получим состояние 001 и 110. Если мы попытаемся исправить ошибку или даже проверить, произошла ли ошибка, наша суперпозиция немедленно рухнет и мы получим 000 или 111. Другими словами, кубиты сами себя побеждают. Квантовая запутанность, которая делает возможным чудо компьютера, одновременно исключает возможность добавления большего количества кубитов: электроны просто координируют позиции, так что невозможно спросить их, кто сделал ошибку. Это проблема, потому что кубиты печально известны своей чувствительностью к окружающей среде, а также склонны к ошибкам — намного больше, чем обычные биты.

«Классические биты не имеют континуума возможностей, — отмечает профессор Якоби. — Что такое классический бит? Электричество течет или не течет. Даже если ток ослабевает или становится сильнее, он все равно считается током. Квантовые биты последовательны, электрон может находиться в основном в атоме справа и частично в атоме слева. В этом их сила и в этом их слабость. Поэтому любое взаимодействие с окружающей средой оказывает на них сильное влияние. Если я использую свой обычный компьютер и электронная волна проходит через транзистор, состояние бита не меняется. Та же самая электронная волна, проходящая через кубит, вызовет потерю когерентности кубита, памяти. Информация просочится в окружающую среду, и мы не сможем ее восстановить». По этой причине мы не увидим в ближайшем или отдаленном будущем квантовый iPad. Классический процессор выполнит расчет в наносекунду, но сохранит информацию на дни, месяцы, годы вперед. Квантовый компьютер также выполнит вычисления в наносекунду — но в лучшем случае сможет сохранить информацию в течение одной сотой микросекунды. Квантовые компьютеры настолько чувствительны к внешним помехам, что должны быть изолированы от окружающей среды почти при –273°С, что на одну тысячную градуса выше абсолютного нуля.

«Взаимодействие кубитов с окружающей средой является серьезной проблемой, потому что они теряют память, — говорит Якоби. — Но это лишь означает, что они что‑то измеряют в отношении окружающей среды. Существует целый ряд квантовых сенсоров, которые позволяют нам узнать о свойствах материалов с психопатической чувствительностью. Квантовые часы могут измерять изменение силы тяжести Земли от моего носа до подбородка. Это невероятно. Lockheed Martin разрабатывает крылатую ракету, которая сможет автономно лететь без GPS, исключительно в соответствии с квантовой чувствительностью к незначительным различиям в магнитном поле Земли. Есть довольно много стартапов, которые используют квантовые датчики для идентификации раковых клеток. Это приложения, для которых я предвижу коммерческий успех задолго до того, как у нас появятся квантовые компьютеры».

Существует еще одна игра, в которую можно играть с квантовой чувствительностью: шифрование. Квантовый компьютер может взломать широко распространенный протокол шифрования в интернете, RSA, потому что может без затруднений вычислить проблемы NP. Но, учитывая, что суперпозиция разрушается в тот момент, когда открывается «черный ящик» (чтобы проверить, мертв кот или нет), протокол квантового шифрования будет защищен в силу своего квантования. Связь с банком можно оставить открытой на квантовом сервере. Любой, кто попытается прослушать линию, вызовет крах суперпозиции и услышит тарабарщину — но и банк, и клиент узнают, что кто‑то их подслушал. И при всем уважении к выгоде, которая может быть извлечена из того факта, что квантовые компьютеры не работают — но могут только чувствовать, — человечество получит огромную выгоду, если сможет заставить их работать. В нашем мире все является квантовым в своей основе. Картирование структуры химических молекул требует квантовых вычислительных мощностей, — и мы будем знать, как отразить болезни, только тогда, когда фармацевтические компании смогут проводить квантовые моделирования. Нейроны в нашем мозге являются квантовыми, и мы сможем создать настоящий искусственный интеллект только тогда, когда у нас будут квантовые компьютеры, которые смогут управлять независимыми мыслями.

«Это не полет на Луну, — говорит Коэн, — это полет на Марс. На мой взгляд, величайшая научная и техническая задача, стоящая сейчас перед человечеством, — это создание квантовых компьютеров. Но чтобы реализовать эту мечту, нам нужно понять, как мы исправляем ошибки в кубитах, как мы их контролируем. Это то, что мы сейчас делаем. QM — первая компания в мире, которая полностью сосредоточена на разработке систем управления и операционных систем для квантовых компьютеров. Система, которую мы разрабатываем, играет решающую роль в исправлении ошибок. Сооснователь QM, Ниссим, был первым человеком в мире, который доказал, что ошибки в квантовых битах могут быть исправлены. Он не показал это на бумаге — он доказал это, продемонстрировал это. Вместо того, чтобы измерять каждый кубит и видеть, что было сделано неправильно, можно проверить, находятся ли кубиты в одном и том же состоянии. Если один кубит находится в другом состоянии, мы будем знать, что это неправильно. Вы можете узнать, проголосовали ли вы за партию, которая не победила, не зная результатов выборов».

QM была основана в 2018 году с целью обойти проблему ошибочных кубитов с помощью старых друзей: классических битов. Если классический компьютер содержит аппаратное и программное обеспечение, то есть множество транзисторов и язык, который сообщает процессору, какие вычисления на них выполнять, в квантовом компьютере «торт» состоит из трех слоев: квантовое оборудование (то есть кубиты), классическое оборудование, которое сможет управлять квантовым оборудованием, и программное обеспечение (как классическое, так и квантовое). «Это наш способ повлиять на кубиты, читая результаты в нашем мире, — говорит Сиван. — Если бы мы были квантовыми существами, мы были бы в состоянии говорить напрямую с компьютером».

Хотели бы вы быть квантовым существом? Ведь это сэкономит вам много работы. «Да, но тогда другие квантовые существа не будут покупать наши продукты». QM создает классическое аппаратное и программное обеспечение, которое сможет отправлять правильные электрические сигналы электронам — и считывать результаты — с минимальными помехами в «черный ящик» чудес. Их интегрированная система называется платформой квантовой оркестровки. «Сегодня для каждого отдельного квантового компьютера существует отдельное оборудование, — говорит Коэн. — Мы строим оркестровую систему, которая может работать с каждым таким компьютером и будет посылать самые правильные электрические сигналы кубитам. Кроме того, мы разрабатываем язык программирования, который позволит нам программировать алгоритмы — команды. Это общий квантовый язык, как C (язык программирования). Сегодня есть попурри из языков, каждый квантовый компьютер — и его язык. Мы хотим, чтобы наш язык, QUA, был установлен как стандартный, универсальный язык для квантовых вычислений».

Недавно QM присоединилась к IBM Q Network, пытаясь интегрировать языки программирования компьютерного конгломерата в платформу квантовой оркестровки Сивана и его коллег и опубликовать полный комплиер (компьютерная программа, которая может переводить компьютерный код, написанный на одном языке программирования, на другой язык) во втором квартале 2020 года. Комплиер сможет перевести каждый квантовый язык программирования на платформу QM. Таким образом, алгоритм, написанный в университете в Шанхае, сможет работать на квантовом компьютере, построенном в лаборатории Google, например в Mountain View.

Йонатан Коэн говорит: «Основные игроки, такие как Google и IBM, все еще азартно играют. Они разрабатывают квантовый процессор, основанный на собственной технологии. Но может случиться так, что через несколько лет мы обнаружим лучшую платформу и их процессор не будет использоваться. Мы строим систему, которая не зависит от квантового оборудования. Наша цель — расти вместе с отраслью, независимо от того, в каком направлении она развивается. Потому что основополагающее предположение состоит в том, что вы не знаете точно, когда квантовые компьютеры станут реальностью. Некоторые люди говорят, что через три года, другие говорят — через 20 лет. Но для нас очевидно: тот, кто будет на переднем крае, когда это случится, выиграет, потому что будет контролировать новые вычислительные силы. Каждый должен будет работать с ним, на его языке, с его оборудованием».

Сиван добавляет: «Возможно, через несколько лет мы оглянемся на это десятилетие и увидим беспрецедентный технологический перелом: момент, когда квантовые компьютеры вступили в действие. Это не очередное технологическое улучшение. Это прыжок…»

— Квантовый скачок!

Сиван резюмирует:

— Точно.

Оригинальная публикация: How Amazon Has Transformed the Hasidic Economy