Може ли Европа да дръпне в технологичната надпревара с квантовите компютри?

В лаборатория в западните покрайнини на Париж техник на име Реми с помощта на гаечен ключ настройва устройство, представляващо каскада от златисто-сребристи цилиндри, спускащи се през облак от кабели. Това е криостат — устройство, което охлажда до такава степен, че забавя активността дори на молекулярно ниво, пише BBC.

В долния цилиндър температурата достига минус 273 градуса по Целзий. Това е температурата, при която дори най-малките частици спират да се движат. Изолацията от външния свят е пълна. В този цилиндър е вграден малък корпус, също златисто-сребрист на цвят, а в него — чип.

Този чип е миниатюрна кутия, в която се случва явление, открито от Алберт Айнщайн и други физици, и което поставя под въпрос законите на класическата механика на света, в който живеем: квантов преход, при който частиците сменят енергийни нива по начини, които са предсказуеми, възпроизводими и от гледна точка на класическата физика — невъзможни.

Около нас има няколко вертикални цилиндъра, наподобяващи бойлери с различни размери. Всички те съдържат криостати, подобни на този, с който работи Реми. Това са квантови компютри.

Това е френската компания за квантови компютри Alice & Bob. През следващите няколко месеца тя ще открие и много по-голям обект на север от Париж на стойност 50 млн. долара — с център за тестване и експлоатация на все по-големи машини, както и стерилно помещение за производство на собствени чипове.

Името Alice & Bob повече подхожда на компания за сладолед, но екипът от 200 души на възраст между 20 и 30 години работи върху много сериозна наука и, по думите на съоснователя и изпълнителен директор Тио Перонен, скоро ще се занимава и със сериозен бизнес.

„Преди физиците се съмняваха, че може да се използва странното поведение на частиците в квантовата механика. Сега вече не се съмняват“, казва той. „Сега знаем, че това работи и след няколко години ще имаме надеждни квантови компютри, които можем да свържем с високопроизводителни изчислителни системи (HPC) в центрове за данни, за да увеличим експоненциално изчислителната им мощ.“

„Не става дума да бъдем по-бързи. Става дума да бъдем толкова по-бързи, че да променим представите за това какво изобщо е възможно. Ще можем да решаваме задачи, които са напълно нерешими за класическите компютри“, казва Перонен.

Например това ще направи медицината по-прецизна наука, твърди той, като в това има и доза хумор: „В момента разработването на нови лекарства е предимно метод проба-грешка.“

С помощта на квантови компютри ще могат да се правят мащабни изчисления за това как различни молекули взаимодействат помежду си и какви са ефектите и страничните им действия.

Ползата за компанията, която първа създаде надежден квантов компютър в индустриален мащаб, може да бъде огромна. Според Перонен това е пазар тип „победителят взема всичко“, подобно на класическите компютри и IBM. И според него има реален шанс именно френска или друга европейска компания да бъде този победител.

Най-голямото препятствие пред квантовите изчисления е тяхната крехкост. Обикновените компютри използват електрически ток в силициеви чипове. При квантовите компютри изчисленията се извършват чрез кубити, като всеки от тях манипулира квантовите свойства на отделен електрон или фотон. Основният проблем е, че кубитите губят своите деликатни квантови състояния (декохеренция) поради шум и смущения от външната среда.

Както обяснява Перонен, повечето учени се опитват да решат това чрез увеличаване на броя кубити: хиляди физически единици образуват един „логически“ кубит, който позволява корекция на грешки чрез принципа на „гласа на мнозинството“. Недостатъкът е огромният размер и цена на системите.

Компанията Alice & Bob е избрала различен подход. Техните „котешки кубити“ (наречени на „котката на Шрьодингер“) са проектирани така, че сами да коригират част от грешките.

„Това е заложено в самата конструкция“, казва Перонен. „Ние намерихме начин за непрекъснато компенсиране на загубите.“

На теория това значително намалява сложността и разходите в сравнение с конкурентите, които използват огромен брой излишни кубити.

Перонен отбелязва, че големите играчи в сферата на квантовите изчисления се движат в сходна посока: Google придоби компанията Atlantic Quantum, а други разработват аналози на „котешките кубити“. Според него Alice & Bob вече е на едно ниво с американските си конкуренти.

Alice & Bob е един от „националните шампиони“ на Франция в рамките на програмата PROQCIMA — правителствена инициатива за разработване на практически приложим квантов компютър.

Във Франция не работи само Alice & Bob. Френските компании обхващат целия спектър от типове кубити — всички възможни пътища към създаването на първия надежден и мощен квантов компютър.

„Ако погледнем квантовата екосистема във Франция, има шест компании и още две в процес на създаване“, казва Оливие Езрати, учен, чиято 1500-странична книга „Разбиране на квантовите технологии“ е популярна и свободно достъпна онлайн.

Той отбелязва още четири важни френски компании: Pasqal, Quandela, Quobly и C12.

Според него те имат едно общо предимство: „Повечето са в много изгодна позиция по отношение на разходите за оборудване и енергия.“

Сред останалите европейски играчи най-голям е финландската компания IQM, която обяви, че ще стане първата европейска квантова компания, листната на борсата.

Във Великобритания има две значими компании: Oxford Quantum Circuits (OQC) и разработчикът на квантови операционни системи Riverlane.

IQM и Pasqal вече имат квантови компютри, използвани в системи за високопроизводителни изчисления (HPC) в Европа. Някои френски компании, като индустриалната Air Liquide, вече използват квантови компютри.

Скоро това ще стане реалност и за Alice & Bob, макар че техните машини все още не са достатъчно мощни, за да дават резултатите, които квантовите изчисления обещават.

Но навлизането им на пазара означава, че може да се подготви общност от специалисти, които да използват истински квантови компютри, когато те станат реалност.

„В момента нашата машина не е по-мощна от вашия телефон“, казва Перонен. „Намираме се върху плоската част на експоненциалната крива.“

В квантовата надпревара Франция има няколко силни предимства.

Страната разполага с едни от най-добрите програми по физика в света в институции като Политехническото училище и Екол нормал.

„През последните години трима нобелови лауреати са френски физици“, казва Перонен. Според него това е ключово, защото конкуренцията е почти равностойна: „В крайна сметка това е математически проблем. Няма несправедливо предимство от остарели технологии като при класическите изчисления, затова няма причина да се колебаем.“

Основната задача, според него, е капиталът. „Но Европа не е бедна. Това е технологична възможност за Европа да пренареди картите и да има водещи икономически играчи“, казва той.

Има усещане, че въпреки пропуснатите възможности в много технологични революции, този път Европа може да се представи по-добре — поне при прехода от научни изследвания към индустрия.

„Имаме всичко необходимо, за да победим“, смята Перонен. „Трябва просто да повярваме в това. Французите често се подиграваме на прекалената самоувереност на американците, но тук трябва да бъдем малко по-оптимистични. Иначе нищо няма да се случи — а би било жалко, защото в момента сме в по-добра позиция, отколкото изглежда.“

(БГНЕС)