Неожиданное откровение Хуанга
Генеральный директор Nvidia, Дженсен Хуанг, недавно сделал комментарий, который вызвал волну в индустрии квантовых вычислений. Он выразил удивление существованием публичных компаний в этом секторе, что непреднамеренно привело к значительному падению цен на акции нескольких фирм, занимающихся квантовыми вычислениями.
Во время мероприятия, посвященного квантовым технологиям, Хуанг заявил о своем удивлении, обнаружив, что эти компании являются публичными. Его первоначальная реакция, по его словам, была недоверием. ‘Я не знал, что они публичные’, - признался он, задав вопрос: ‘Как квантовая компания может быть публичной?’. Это откровенное признание подчеркивает зарождающийся и спекулятивный характер индустрии квантовых вычислений, области, которая все еще в значительной степени находится на стадии исследований и разработок.
Контекст комментариев Хуанга
Важно понимать контекст, в котором Хуанг сделал эти замечания. Ранее он заявлял, что ‘очень полезные’ квантовые компьютеры, вероятно, появятся через десятилетия. Эта долгосрочная перспектива, хотя и, возможно, реалистичная, учитывая технологические препятствия, противоречит краткосрочным ожиданиям инвесторов публичных компаний, занимающихся квантовыми вычислениями. Сочетание его удивления их публичным статусом и его расширенного графика для практических приложений квантовых вычислений создало идеальный шторм неопределенности, что привело к распродаже в секторе.
Ландшафт квантовых вычислений: область обещаний и неопределенности
Квантовые вычисления, революционный сдвиг парадигмы в вычислительной мощности, обладают потенциалом для преобразования отраслей, от медицины и материаловедения до финансов и искусственного интеллекта. В отличие от классических компьютеров, которые хранят информацию в виде битов, представляющих 0 или 1, квантовые компьютеры используют кубиты. Кубиты используют принципы суперпозиции и запутанности, позволяя им представлять 0, 1 или комбинацию обоих одновременно. Эта возможность позволяет квантовым компьютерам решать сложные задачи, которые неразрешимы даже для самых мощных классических суперкомпьютеров.
Однако эта область все еще находится в зачаточном состоянии. Создание и масштабирование стабильных квантовых компьютеров - огромная технологическая задача. Поддержание хрупких квантовых состояний кубитов, которые очень чувствительны к шуму окружающей среды, требует чрезвычайно низких температур и сложных механизмов коррекции ошибок.
Ключевые игроки и подходы
Несколько компаний борются за лидерство в этой развивающейся области, каждая из которых использует различные технологические подходы к созданию квантовых компьютеров. Некоторые из известных игроков и их соответствующие технологии включают:
- Сверхпроводящие кубиты: Такие компании, как IBM и Google, находятся на переднем крае этого подхода, который включает использование сверхпроводящих цепей для создания и управления кубитами. Эти цепи работают при температурах, близких к абсолютному нулю, что требует массивных и дорогих криогенных систем.
- Ионы в ловушках: IonQ, публичная компания, акции которой значительно упали после комментариев Хуанга, является ведущим сторонником технологии ионов в ловушках. Этот подход использует отдельные ионы (электрически заряженные атомы), захваченные и управляемые электромагнитными полями, в качестве кубитов. Системы с ионами в ловушках обеспечивают высокую точность и длительное время когерентности, но их масштабирование представляет собой серьезные инженерные проблемы.
- Фотонные кубиты: PsiQuantum - компания, использующая фотонный подход, используя фотоны (частицы света) в качестве кубитов. Эта технология предлагает потенциальные преимущества с точки зрения масштабируемости и возможности подключения, но создание стабильных и надежных фотонных квантовых компьютеров остается сложной задачей.
- Нейтральные атомы: Другой подход включает использование нейтральных атомов, захваченных в оптических решетках, в качестве кубитов. Такие компании, как ColdQuanta, изучают эту технологию, которая предлагает потенциальные преимущества с точки зрения масштабируемости и времени когерентности.
- Топологические кубиты: Microsoft вкладывает значительные средства в топологические кубиты, более экзотический подход, который направлен на создание кубитов, которые по своей природе более устойчивы к шуму и ошибкам. Эта технология все еще находится на очень ранней стадии разработки.
Инвестиционный ландшафт: баланс между долгосрочным потенциалом и краткосрочной волатильностью
Индустрия квантовых вычислений привлекла значительные инвестиции как от венчурных капиталистов, так и от правительств по всему миру. Инвесторов привлекает преобразующий потенциал технологии, они предвидят будущее, в котором квантовые компьютеры откроют прорывы в различных областях.
Однако отрасль также характеризуется высоким риском и неопределенностью. Технологические препятствия значительны, а сроки достижения отказоустойчивых, коммерчески жизнеспособных квантовых компьютеров остаются неясными. Эта присущая волатильность делает инвестирование в публичные компании, занимающиеся квантовыми вычислениями, особенно спекулятивным предприятием.
Комментарии Хуанга непреднамеренно подчеркнули эту волатильность. Его удивление существованием публичных компаний, занимающихся квантовыми вычислениями, подчеркивает разрыв между долгосрочным видением квантовых вычислений и краткосрочными ожиданиями фондового рынка.
Углубляясь в проблемы
Путь к практическим, отказоустойчивым квантовым компьютерам полон многочисленных проблем. Давайте подробнее рассмотрим некоторые из ключевых препятствий:
Стабильность и когерентность кубитов
Одной из самых серьезных проблем является поддержание стабильности и когерентности кубитов. Кубиты невероятно хрупки и чувствительны к шуму окружающей среды, такому как блуждающие электромагнитные поля и колебания температуры. Этот шум может привести к тому, что кубиты потеряют свои квантовые свойства, что приведет к ошибкам в вычислениях. Продолжительность, в течение которой кубит может поддерживать свое квантовое состояние, известна как время когерентности. Увеличение времени когерентности имеет решающее значение для выполнения сложных квантовых вычислений.
Коррекция ошибок
Поскольку кубиты так подвержены ошибкам, квантовая коррекция ошибок необходима для создания надежных квантовых компьютеров. В отличие от классических компьютеров, где ошибки можно исправить, просто сделав несколько копий бита, квантовую информацию нельзя скопировать из-за теоремы о запрете клонирования. Этот фундаментальный принцип квантовой механики требует сложных методов коррекции ошибок, которые могут обнаруживать и исправлять ошибки, не измеряя напрямую состояние кубитов. Разработка эффективных и масштабируемых кодов квантовой коррекции ошибок является основным направлением исследований.
Масштабируемость
Создание квантовых компьютеров с небольшим количеством кубитов - достаточно сложная задача. Масштабирование этих систем до сотен, тысяч или даже миллионов кубитов, которые необходимы для решения практических задач, представляет собой еще большую проблему. Каждый дополнительный кубит увеличивает сложность системы экспоненциально, что затрудняет управление и поддержание когерентности.
Управление и измерение
Точное управление и измерение состояния кубитов имеет решающее значение для выполнения квантовых вычислений. Это требует сложного аппаратного и программного обеспечения, включая высокоточные лазеры, генераторы микроволн и чувствительные детекторы. По мере увеличения количества кубитов сложность системы управления и измерения резко возрастает.
Программное обеспечение и алгоритмы
Разработка программного обеспечения и алгоритмов, которые могут эффективно использовать мощность квантовых компьютеров, является еще одной серьезной проблемой. Квантовые алгоритмы принципиально отличаются от классических алгоритмов, и их разработка требует глубокого понимания квантовой механики и информатики. Область разработки квантовых алгоритмов все еще находится на ранних стадиях, и необходимо провести много исследований, чтобы изучить весь потенциал квантовых вычислений.
Криогеника
Многие технологии квантовых вычислений, такие как сверхпроводящие кубиты, требуют чрезвычайно низких температур для работы. Поддержание этих температур, часто близких к абсолютному нулю (-273,15 градуса Цельсия или -459,67 градуса Фаренгейта), требует сложных и дорогих криогенных систем. Размер и стоимость этих систем могут быть существенным препятствием для масштабирования квантовых компьютеров.
Будущее квантовых вычислений: долгий и извилистый путь
Несмотря на проблемы, потенциальные выгоды от квантовых вычислений настолько значительны, что усилия по исследованиям и разработкам продолжают ускоряться. Правительства и частные компании вкладывают миллиарды долларов в эту область, и прогресс достигается по нескольким направлениям.
Хотя прогноз Хуанга о десятилетиях до появления ‘очень полезных’ квантовых компьютеров может показаться некоторым пессимистичным, он отражает реалистичную оценку существенных препятствий, которые остаются. Путь к отказоустойчивым, коммерчески жизнеспособным квантовым вычислениям, вероятно, будет долгим и извилистым, со многими поворотами на этом пути.
Однако потенциальное влияние этой технологии настолько преобразующее, что его стоит преследовать. Квантовые компьютеры могут революционизировать медицину, материаловедение, искусственный интеллект и многие другие области. Они могут привести к открытию новых лекарств и материалов, разработке более мощных алгоритмов искусственного интеллекта и взлому современных кодов шифрования.
Индустрия квантовых вычислений - это увлекательное сочетание научных открытий, инженерной изобретательности и спекулятивных инвестиций. Это область, где границы возможного постоянно расширяются, и где потенциал для революционных достижений огромен. Хотя путь впереди долгий и сложный, пункт назначения - мир, в котором квантовые компьютеры раскрывают секреты Вселенной и решают некоторые из самых насущных проблем человечества, - это видение, к которому стоит стремиться.