Что такое квантовое превосходство и почему мы его одновременно и достигли, и нет

23 сентября на сайте NASA появилась статья (сейчас она опубликована в Nature) физика Джона Мартиниса. Он работает в Google над созданием квантового компьютера. Там утверждалось, что компания наконец-то построила квантовый компьютер, который смог решить задачу, недоступную для обычного компьютера. Выполнение этого условия и называют громким термином «квантового превосходства».

В статье много громких заявлений вроде сравнений с первым полетом самолета, но в научных кругах на слово не верят, поэтому утверждение тут же подвергли критике. При этом самая трезвая критика достижения квантового превосходства звучит так: «Мы не можем достичь квантового превосходства, потому что мы его либо достигли, либо еще нет. На то оно и квантовое». Напоминает старика Эрвина Шрёдингера с котом? Именно это он и пытался объяснить. А мы попробуем объяснить еще проще.

Итак, разработка Google называется Sycamore. Это квантовый процессор на 53 кубита. Если в компьютерах здорового человека биты могут принимать значения только 0 и 1, то в квантовых компьютерах они могут быть 0, 1 и суперпозиции к ним. Объяснить это довольно сложно: можно попробовать заглянуть в статью в Википедии и заодно посмотреть, сколько раз она переписывалась. Преимущество в том, что единица информации может быть и тем, и тем сразу с возможностью запараллелить вычисления, что значительно ускоряет вычисления.

Инженеры Google попытались создать простую программу, которая удобна для квантового компьютера и сложна для обычного. Лучше всего у квантовых компьютеров получается перебирать варианты: в обычном компьютере необходимо просчитать каждую комбинацию, а квантовый компьютер изначально знает все комбинации сразу — в кубитах же есть состояние суперпозиции.

В итоге задача по генерации серии ключей длиной в 53 знака у обычно компьютера заняла бы 10 тысяч лет, а у Sycamore это заняло 200 секунд. Об этом (со всем оговорками) и написали инженеры Google.

Им ответили инженеры IBM, что, не имея на руках расчетов от нормального компьютера, нечего утверждать, что задача решена правильно. В Google начали с более простых задач, которые все еще можно проверить при помощи обычного компьютера. Но их решение квантовым компьютером невозможно назвать «превосходством».

В критике IBM тоже есть подвох: компания сама много лет занимается разработкой квантовых компьютеров и готовится презентовать собственные 53-кубитный компьютер. Поэтому у компании есть и коммерческий интерес нивелировать триумф конкурента. Еще в IBM утверждают, что могут решить поставленную задачу на обычном суперкомпьютере за пару дней, а не за 10 тысяч лет. Хотя с момента возникновения спора прошло уже больше времени, в IBM еще этого не сделали.

Квантовые компьютеры — это «супермозги с тайным знанием». Фактически им вовсе не надо решать никакую задачу: они знают все возможные варианты и ответ уже готов. Однако информацию с них невероятно сложно скачивать. Проблем с ними очень много, особенно в области программирования. Поэтому ожидать, что через десять лет их начнут встраивать в смарт-часы, не стоит.

Главный козырь квантовых компьютеров — комплексные вычисления. За последние десять лет комплексным вычислениям нашли бытовое применение — нейронные самообучающиеся сети. Если тебя уже сейчас ужасают возможности deep fake, то подожди, пока разработчики получат доступ к квантовым вычислениям. Мы даже боимся загадывать, чем это может закончиться. Хорошо хоть Линда Гамильтон еще жива.