В современном технологическом ландшафте Google рассматривает квантовые вычисления не просто как отдалённую научную перспективу, а как критически важный «moonshot», способный радикально ускорить развитие искусственного интеллекта. В рамках глубокого диалога руководитель группы Quantum AI Хартмут Невен и старший вице-президент Джеймс Маника обсуждают текущий прогресс компании: от создания чипов, превосходящих суперкомпьютеры в септиллионы раз, до открытия новых физических явлений, таких как микроскопические червоточины и темпоральные кристаллы.
🌀 Основы квантового превосходства: суперпозиция и чип Willow 4:32
Квантовые вычисления базируются на принципах, которые радикально отличаются от классической логики нулей и единиц. Хартмут Невен поясняет, что ключевым ресурсом этой технологии является суперпозиция — способность системы существовать во многих конфигурациях одновременно .
Для визуализации Невен предлагает аналогию с комнатой, где сидят люди: в классическом мире они занимают строго определённые места, но квантовая физика предполагает, что все возможные варианты рассадки реализуются одновременно и развиваются во времени .
Ключевые технические характеристики и достижения:
- Чип Willow: Новейший процессор Google содержит 105 кубитов (квантовых битов) .
- Масштаб вычислений: Один цикл работы чипа со 105 кубитами позволяет затронуть 2 в степени 105 различных состояний одновременно .
- Производительность: В ходе недавних демонстраций чип выполнил вычисления за минуты, на которые крупнейшему дата-центру мира потребовалось бы 10 септиллионов (10 с 25 нулями) лет .
❄️ Создание «самого холодного места в галактике» 8:14
Фундамент современных квантовых компьютеров Google закладывался ещё в 1980-х годах исследователями из Беркли — Мишелем Деворе (Michelle Devoret), Джоном Мартинисом (John Martinis) и Джоном Кларком (John Clarke), которые в прошлом году получили Нобелевскую премию по физике . Их работа позволила наблюдать квантовые эффекты на макроскопическом уровне с помощью сверхпроводящих цепей.
Особенности инженерного решения Google:
- Температурный режим: Чтобы минимизировать «шум» (физический термин для обозначения помех), чипы охлаждаются до 10 милликельвинов. По утверждению Хартмута Невена, это делает лабораторию Google Quantum AI, вероятно, самым холодным местом в нашей галактике .
- Материалы: В настоящее время используются алюминиевые кубиты, хотя рассматривались альтернативы вроде ниобия или тантала .
- Время когерентности: Инженерам удалось увеличить время выживания квантовых состояний с 20 микросекунд до более чем 250 микросекунд, что Невен считает достаточным для реализации полезных алгоритмов .
🗺️ Дорожная карта и коррекция ошибок 15:23
Google следует четкому плану из шести этапов (milestones) на пути к созданию полезного квантового компьютера.
Текущий прогресс по этапам:
- Этап 1 (2019): Демонстрация квантового превосходства — выполнение задачи, недоступной классическим суперкомпьютерам .
- Этап 2 (2022): Практическая реализация квантовой коррекции ошибок. Учёным удалось показать, что избыточность (объединение физических кубитов в логические) может снижать уровень ошибок, а не увеличивать его .
- Этап 3 (цель на 2024–2025): Создание одного полноценного высококачественного модуля для будущих масштабируемых машин .
Прорыв с чипом Willow в 2024 году показал, что уровень ошибок при использовании коррекции снизился в два раза, что Хартмут Невен называет моментом, когда сообщество окончательно поверило в работоспособность технологии .
🧪 Практические приложения: от батарей до «Квантового эха» 11:10
Квантовые компьютеры не заменят классические во всём, они станут специализированным инструментом для решения «невозможных» задач. Ричард Фейнман первым заметил, что для симуляции природы нужен квантовый инструмент .
Приоритетные направления использования:
- Энергетика: Моделирование литий-воздушных батарей. По мнению Невена, это позволит создать аккумуляторы с плотностью энергии выше, чем у керосина, что откроет путь к созданию электрических самолётов .
- Алгоритм Quantum Echoes: Первый пример «полезного» квантового алгоритма. Он позволяет извлекать больше данных из аппаратов МРТ и ЯМР (ядерного магнитного резонанса) .
- Химия: С помощью Quantum Echoes команда уже смогла вычислить диэдральные углы в сложных молекулах (например, дифенила), ответив на вопросы, которые оставались открытыми для химиков .
На текущий момент в научном сообществе идентифицировано более 70 алгоритмов, где квантовые системы дают решающее преимущество .
🤖 Синергия квантовых систем и ИИ 22:21
Название группы — Quantum AI — отражает убеждение Хартмута Невена в том, что будущему ИИ потребуется «самый мощный вычислительный субстрат из существующих» .
Взаимодействие технологий идёт в двух направлениях:
- ИИ для Квантов: Использование нейросетей (например, проект AlphaQubits совместно с DeepMind) для улучшения коррекции ошибок и управления чипами .
- Кванты для ИИ: Создание синтетических наборов данных. Невен приводит в пример AlphaFold: для его обучения потребовались данные, собиравшиеся 50 лет. Квантовый компьютер сможет генерировать высококачественные обучающие сеты для материаловедения и биологии гораздо быстрее .
🌌 Фундаментальная наука: червоточины и кристаллы времени 26:29
Используя чипы с несколькими сотнями кубитов, команда Google уже проводит эксперименты, граничащие с научной фантастикой.
Наиболее значимые научные публикации группы:
- Голографическая дуальность: Эксперимент по созданию микроскопической «червоточины» через квантовую запутанность. Хартмут Невен подчеркивает: если теория струн верна, это было именно создание крошечной червоточины, а не просто её симуляция .
- Кристаллы времени: Системы, находящиеся в вечном периодическом движении без обмена энергией с окружающей средой .
- Неабелевы анионы: Демонстрация частиц, которые «меняют свойства всей системы» при простой перестановке двух идентичных объектов местами, что противоречит бытовой логике .
🔐 Угроза шифрованию и ответственность 29:51
Одной из самых обсуждаемых проблем является способность квантового компьютера взламывать современные системы шифрования (RSA и криптографию на эллиптических кривых).
По словам участников дискуссии, сроки этой угрозы сдвигаются «внутрь»:
- Пересмотр порогов: Ранее считалось, что для взлома RSA-2048 нужно 20 миллионов кубитов. Благодаря успехам Грэга Гидни (Greg Gidney) в разработке алгоритмов, порог снизился до 1 миллиона физических кубитов .
- Криптовалюты: Для взлома ECC-256 (используется в цифровых подписях) может потребоваться всего несколько сотен тысяч кубитов .
- Сроки: Google официально рекомендует начать переход на постквантовые схемы шифрования уже к 2029 году .
🎨 Креативность и новые горизонты 35:27
Хартмут Невен также исследует пересечение квантовых вычислений и искусства. Группа экспериментирует с генеративными моделями (диффузионными сетями), заменяя классический «шумовой тензор» квантовым .
- Проект Quantum Memories: Совместная работа с художником Рефиком Анадолом (Refik Anadol). Выставка в Берлине привлекла 1,3 миллиона «физических» посетителей, выстроившихся в очереди длиной в мили .
- Альтернативные подходы: Помимо сверхпроводящих кубитов, Google запустила новую лабораторию в Боулдере (Колорадо) для работы с нейтральными атомами . Этот метод может оказаться более эффективным для создания квантовых сенсоров, которые дадут человечеству «новые глаза» для наблюдения за Вселенной .
