Тема 7. Квантові комп'ютери

D-Wave Systems

У травні 2011 року нею ж був показаний 128-кубітний комп’ютер D-Wave One, а наприкінці 2012 року – комп’ютер на 512 кубітів. При цьому D-Wave One є комерційно доступним продуктом, його ціна становить $11 млн. Втім, навіть якщо не звертати уваги на високу ціну, сфера застосування комп’ютерів D-Wave поки досить обмежена, в основному мова йде про завдання дискретної оптимізації.

IBM

В листопаді 2017 року компанія IBM представила прототип квантового комп'ютера з 50 кубіт. В представленому прототипі час когерентності кубіт (час, протягом якого вони можуть залишатись в стані суперпозиції та виконувати корисні обчислення) вдалось збільшити до 90 мікросекунд. Основна частина цього прототипу (його «ядро») було показане компанією на виставці CES 2018.

Після успішного закінчення тестування, 2011 року, флагман військово-промислового комплексу США, корпорація Lockheed Martin, купила комп’ютер D-Wave One на 128-кубітному процесорі більш ніж за 10 млн. доларів. Як заявила сама компанія, машину було куплено для оптимізації власних програм-авіасимуляторів компанії, а також для всіляких інших експериментів спільноти вчених з новою комп’ютерною архітектурою.

У травні 2013 року було оголошено про започаткування спільного проекту між NASA, Google і USRA (The Universities Space Research Association )під назвою Quantum Artificial Intelligence Lab, розміщеного в Дослідницькому центрі Еймса в Каліфорнії. У цьому проекті перед D-Wave Two, з 512 кубітами, постають такі задачі машинного навчання, як, наприклад, персоналізований пошук або передбачення завантаженості трафіку за допомогою GPS даних. Також подібна система використовується в розпізнаванні голосу, осіб, поведінці і рішенні складних багатопараметричних завдань.

Для досягнення квантового ефекту машина має працювати в екстремальних умовах: температура має бути близька до абсолютного нуля, процесор ізольований від будь-яких вібрацій, магнітного поля Землі, зовнішніх сигналів будь-якої форми, атмосферного тиску, тощо. Безсумнівно це впливає і на вартість, і на габарити квантового комп’ютера. Також, у вирішенні деяких задач  він таки поступається звичайним комп’ютерам.

Квантові комп'ютери на оптичних чіпах

Вчені центру квантової фотоніки Бристольського університету створили силіконовий чип, який можна буде використовувати для складних підрахунків та симуляцій з використанням квантових часток у найближчому майбутньому. Вчені вважають що їхній прилад проторює шлях до квантових комп'ютерів — потужного виду комп'ютерів, що використовують квантові біти, а не звичайні біти, що використовуються у сучасних комп'ютерах.

Технологія, створена у Бристолі використовує дві ідентичні часточки світла (фотони) рухаються вздовж силіконового чипа в межах експерименту, відомого як рух квантів. Експерименті руху квантів з використанням одного фотону проводився і раніше і він підпадав під модель класичної фізики хвиль. Тим не менш, такого роду експеримент з використанням двох часток було проведено вперше і результати їх важко переоцінити.

Тепер, коли ми маємо змогу напряму реалізувати та спостерігати рух двох фотонів перед нами відкривається шлях до приладів з використанням трьох- та багатьох фотонів і результати мають бути більш ніж просто вражаючими», каже професор О'Брайєн. «Щоразу як ми додаємо фотон, ми дістаємо змогу вирішувати по експоненті все складніші задачі, тобто якщо однофотонна система має 10 відсоткову ефективність, то двофотонна — 100 відсоткову, а трифотонна 1000 і т. д

Мови програмування

Для програмування квантових комп'ютерів створені спеціалізовані мови програмування, які дозволяють запис квантового алгоритму[en] з використанням конструкцій високого рівня. Завдання квантових мов не полягає у тому, щоб надати інструмент для програмістів, а в тому, щоб надати інструменти для дослідників, щоб зрозуміти краще, як працюють квантові обчислення і як формально доводити коректність квантових алгоритмів.

Можна виділити дві основні групи квантових мов програмування: імперативні квантові мови програмування і функційні квантові мови програмування. Найвідомішими представниками першої групи є QCL і LanQ.