Ларенто Марлес – Как квантовые компьютеры открывают новую эру человечества (Часть 1) (страница 8)

Подход Google и IBM базируется именно на этом эффекте. Они создают искусственные атомы из сверхпроводящих металлов (обычно алюминия или ниобия) на кремниевой подложке. Эти схемы, видимые даже в обычный микроскоп, ведут себя как квантовые объекты. Но цена за этот билет в квантовый рай – холод. И не просто холод зимней ночи или Антарктиды. Речь идет о температурах в районе 10-15 милликельвинов. Это всего на волосок выше абсолютного нуля – теоретического предела холода во Вселенной, где останавливается само движение атомов. Для сравнения: в открытом космосе, в пустоте между звездами, температура около 2,7 Кельвина. Это в сотни раз «теплее», чем внутри квантового процессора. Получается, что самые холодные места во всей известной нам Вселенной находятся не в туманности Бумеранг, а в лабораториях в Калифорнии и Нью-Йорке.

Взгляните на фотографии квантовых компьютеров от этих компаний. Вы не увидите там привычных черных ящиков или серых серверов. Вы увидите золотые канделябры, свисающие с потолка, похожие на сюрреалистические люстры из стимпанк-романа или на украшения инопланетного храма. Это произведение искусства – криостат растворения. Сложная система трубок, проводов и теплообменников, покрытых золотом (потому что золото – отличный проводник тепла и не окисляется), создана с одной единственной целью: убить тепло. Убить шум. Убить хаос. На самом нижнем уровне этой золотой люстры, в маленькой коробочке, защищенной от магнитных полей и радиации, лежит чип. Крошечный кусочек кремния и металла, который пытается думать.

Почему это так важно для нас, для понимания человеческой природы? Потому что сверхпроводящие кубиты – это метафора нашей потребности в изоляции для глубокой работы. Представьте кубит как гениального, но невероятно чувствительного художника. Он может нарисовать шедевр (решить сложнейшую задачу), но только если никто не будет дышать ему в затылок. Любое тепловое колебание, любой случайно залетевший фотон, любая вибрация от проехавшего мимо грузовика – и кубит теряет свое квантовое состояние. Он «пугается». Суперпозиция схлопывается. Магия исчезает, остается только ошибка. Это называется декогеренцией. Борьба за квантовый компьютер – это борьба за сохранение когерентности, за сохранение целостности в мире, который пытается разорвать тебя на части.

Разве вы не чувствуете то же самое? Когда вы пытаетесь создать что-то новое, написать книгу, придумать бизнес-план или просто разобраться в себе, мир начинает стучаться к вам в дверь. Уведомления мессенджеров, звонки, требования семьи, шум новостей – всё это «тепловой шум» нашей реальности. Он сбивает нас с волны. Он разрушает нашу внутреннюю когерентность. Мы становимся дергаными, поверхностными, «теплыми». Квантовые гиганты учат нас: если вы хотите сверхрезультатов, вам нужен сверххолод. Вам нужна дисциплина тишины. Вам нужно построить свой собственный ментальный криостат, защищенный от токсичного излучения суеты.

Плюсы сверхпроводящей архитектуры очевидны, и именно поэтому на неё сделана такая большая ставка. Во-первых, это технологии, которые мы уже понимаем. Мы умеем работать с кремнием, мы умеем печатать микросхемы. Это не лазеры, удерживающие отдельные атомы в вакууме (о чем мы поговорим позже), это твердотельные схемы. Их можно производить на заводах. Во-вторых, они быстрые. Операции с кубитами происходят за наносекунды. Это позволяет выполнить много операций до того, как система развалится от шума. Google со своим процессором Sycamore и IBM со своими системами Eagle и Osprey идут по пути масштабирования: они пытаются соединить всё больше и больше кубитов на одном чипе, как мы когда-то увеличивали количество транзисторов. Они строят дороги для электронов, где нет пробок.

Но у этой медали есть и темная сторона, и она огромна. Минусы сверхпроводников – это их капризность и сложность масштабирования. Каждый кубит в такой системе уникален. Из-за микроскопических дефектов в материале каждый «искусственный атом» имеет свою частоту, свой характер. Их нужно настраивать индивидуально, как инструменты в оркестре. Представьте, что у вас оркестр из тысячи скрипок, и каждая расстраивается каждую секунду. Вам нужна система управления, которая будет постоянно подкручивать колки, посылая микроволновые импульсы к каждому кубиту. Это требует тысяч проводов, идущих от комнатной температуры вниз, в холодную зону.

И здесь мы сталкиваемся с инженерным кошмаром. Провода проводят тепло. Чем больше кубитов, тем больше проводов. Чем больше проводов, тем труднее охладить чип. Мы попадаем в замкнутый круг. Золотая люстра становится всё больше, всё сложнее, всё дороже. Сегодняшние криостаты – это чудеса техники размером с комнату. Но чтобы построить компьютер, который изменит мир (с миллионами кубитов), нам понадобится холодильник размером с футбольный стадион. Это тупик? Возможно. Или вызов для создания новых методов контроля, когда один провод управляет сотнями кубитов.

А теперь давайте заглянем глубже, в само сердце этого устройства. Ключевой элемент сверхпроводящего кубита – это джозефсоновский переход. Это два слоя сверхпроводника, разделенные тончайшим слоем изолятора (обычно оксида алюминия). Слой настолько тонок, что куперовские пары электронов могут туннелировать сквозь него. Это барьер, который преодолевается не силой, а квантовой хитростью. Это сердцебиение кубита. Именно этот элемент привносит нелинейность, позволяя нам управлять уровнями энергии и создавать искусственные «ноль» и «единицу».

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.