Япония запустила первый в мире полностью функционирующий гибридный квантовый суперкомпьютер. В институте Рикен в Сайтаме мощный Fugaku объединился с Reimei, квантовым процессором на 20 кубитов, создав систему, способную решать за часы вычисления, которые заняли бы годы у традиционных суперкомпьютеров.
Япония включает будущее: первый гибридный квантовый суперкомпьютер стал реальностью
Прежде чем понять, почему этот суперкомпьютер так важен и почему его интеграция с процессором столь же важна, необходимо объяснить, что такое квантовый компьютер и как он работает. Я постараюсь объяснить это как можно проще.
Традиционные компьютеры (как ваш смартфон или ноутбук) используют «биты» для обработки информации. Каждый бит может быть только 0 или 1, как выключатель, который может быть включен или выключен. Квантовые компьютеры, напротив, используют «кубиты» (то есть квантовые биты).
В чем разница между ними? Кубит может быть 0, 1 или обоими одновременно. Это состояние «быть двумя вещами одновременно» называется суперпозицией и возможно благодаря законам квантовой физики.
Теперь кубиты могут быть созданы разными способами. Некоторые используют субатомные частицы, такие как электроны или фотоны. Другие используют атомы, охлажденные почти до абсолютного нуля. Важно, чтобы эти системы следовали законам этой области науки, которая остается загадкой, хотя и ненадолго.
Эти кубиты чрезвычайно деликатны: температура, вибрации или электромагнитные поля могут легко их нарушить, и вскоре мы увидим, почему это так важно. Поэтому квантовые компьютеры работают в супер-контролируемых условиях и при очень низких температурах.
Теперь вернемся к нам и к Fugaku.
Обычные квантовые компьютеры испытывают трудности с автономной работой из-за их нестабильности, о которой мы только что говорили. Система Reimei-Fugaku преодолевает эти ограничения, сочетая надежность классической обработки с уникальными возможностями квантовых вычислений.
В отличие от квантовых систем, основанных на сверхпроводящих кубитах, Reimei использует захваченные ионы – электрически заряженные атомы, подвешенные в электромагнитных полях и точно управляемые лазером. Эта технология предлагает более стабильные кубиты, лучше связанные друг с другом, что значительно снижает ошибки вычислений.
Настоящий технический прорыв заключается в системе «перемещения ионов»: кубиты физически перемещаются внутри схемы, что позволяет выполнять более сложные операции. Это немного похоже на шахматную доску, где фигуры не ограничены своими начальными позициями, а могут динамически переконфигурироваться во время игры.
Но как суперкомпьютер Fugaku справляется с ключевой проблемой квантовых ошибок? Через сложную систему коррекции, которая группирует физические кубиты в «логические кубиты», распределяя информацию по нескольким точкам. Согласно данным, он уже снизил уровень ошибок в 800 раз по сравнению с традиционными системами.
По сути, вместо того чтобы хранить информацию в одном физическом кубите, система распределяет информацию по нескольким физическим кубитам, которые вместе образуют «логический кубит».
Метафора для лучшего понимания может быть системой голосования большинством. Если у вас есть три человека, которые должны решить между «да» (1) и «нет» (0), и двое говорят «да», а один говорит «нет», окончательное решение будет «да». Точно так же, если некоторые физические кубиты внутри логического кубита испытывают ошибку, другие кубиты «голосуют» за сохранение правильной информации.
Области, которые первыми получат выгоду от этой технологии, безусловно, будут физика материалов и вычислительная химия, с приложениями, охватывающими от разработки новых катализаторов до проектирования более эффективных батарей.
