«1 млн кубитов будет через десять лет»
Интервью с директором по квантовому оборудованию Intel Джимом Кларком
Компания Intel объявила о начале квантовых исследований позже других ИT-гигантов, в 2015 году. Она выделила на разработки $50 млн и договорилась о совместных исследованиях с нидерландским научным центром QuTech. Полноценные квантовые компьютеры появятся через десять лет, Intel надеется догнать конкурентов и создать полную систему первой, заявил директор этого направления компании Джим Кларк в интервью журналу РБК.
Коррекция ошибок
— Вы запустили исследовательскую программу по квантовому компьютеру с лабораторией QuTech совсем недавно, в 2015 году. Вели ли вы собственные разработки до этого?
— До 2015 года у Intel не было такой программы, но мы постоянно отслеживали исследования на эту тему. Каждые несколько лет мы задавались вопросом, пора ли начинать программу разработки квантового компьютера, и долгое время было очевидно, что до появления квантовых компьютеров еще очень далеко. В 2015-м мы поняли, что это станет возможным примерно через 15 лет, но мы можем сократить этот срок до десяти лет. Сейчас у нас есть совместная программа с QuTech в Нидерландах и внутренняя программа в Орегоне.
— Другие компании начали разработки раньше. Почему именно в 2015-м вы решили, что пора инвестировать? Раньше вы не верили в эти технологии?
— Дело не в том, что мы не верили. Вопрос был в том, сможем ли мы привнести что-то новое в эту область. В 2015-м было уже много исследовательских групп, которые смогли сделать системы с несколькими кубитами. И мы подумали: что нужно, чтобы масштабировать их до множества кубит, которых будет достаточно для создания полноценного компьютера? Нужно было решить инженерные задачи: например, какие материалы использовать, как связать кубиты вместе, какая архитектура необходима для поддержки такой большой системы. Мы поняли, что у нас в компании уже есть наработки, которые мы можем применить к квантовым компьютерам.
— Ваша конечная цель — создать квантовый компьютер?
— Цель нашей программы — создать полную систему, от кубитов до архитектуры и приложений. Сейчас, наверное, слишком рано думать о концентрации всех частей системы внутри компании, так что в ближайшие несколько лет мы продолжим работать вместе с Нидерландами. Но долгосрочная цель — создать полноценный квантовый компьютер внутри Intel.
— Уже понятно, когда это может произойти?
— Отличный вопрос, его все задают — как внутри Intel, так и за ее пределами. Давайте я обрисую временные рамки. В ближайшие пару лет появятся небольшие системы, которые достигнут квантового превосходства. Их будут использовать для доказательства небольших физических задач и для разработки архитектуры алгоритмов. Еще через несколько лет, я думаю, появится система с 1 тыс. кубитов. С ней можно будет решать, наверное, более сложные задачи — моделирование материалов или химическое моделирование. Через десять лет будет 1 млн кубитов, это позволит корректировать ошибки. Такие системы можно будет использовать для больших вычислений: криптографии, масштабного химического моделирования, сложных математических задач и так далее.
— Стремитесь ли вы стать первой компанией, которая создаст полноценный квантовый компьютер?
— Конечно, мы хотим первыми представить полную систему. Сейчас у разных компаний от 10 до 50 кубитов. Intel в октябре объявила о создании 17-кубитного процессора, в тот момент, по-моему, это был самый крупный чип, о котором объявляли. С тех пор были заявления о создании чипов больших размеров. Intel объявит о создании более крупного чипа через несколько месяцев.
— IBM недавно объявила о создании 50-кубитного компьютера. Что вы об этом думаете?
— Intel отстает от этого рубежа всего на несколько месяцев.
— Есть ли различия между разработками Intel и конкурентов?
— Intel изучает два типа кубитов. Первый — сверхпроводящие кубиты, это делают и наши конкуренты. Здесь мы умеем «упаковывать» кубиты в большие процессоры. Также мы изучаем другую технологию — спиновые кубиты. Они очень похожи на обычные транзисторы. На серверных процессорах Intel — миллиарды транзисторов. И есть надежда, что мы сможем модифицировать эти транзисторы, чтобы они работали как кубиты, и в конце концов эта технология поможет нам создать масштабный квантовый компьютер. Вторая технология на данном этапе для Intel уникальна.
— А чем на практике отличаются спиновые кубиты от сверхпроводящих?
— На сегодняшний день первые отстают как технология: сейчас ученые создают компьютеры с 10–50 сверхпроводящими кубитами, а со спиновыми — пока всего 2–3 кубита. Но спиновые кубиты гораздо меньше, чем обычные сверхпроводящие. Поэтому их с большей вероятностью можно будет масштабировать.
«Это повлияет на всех»
— Как можно будет коммерциализировать квантовый компьютер?
— Конечно, есть потребители, которые будут покупать квантовые компьютеры, например университеты или государство. Но есть и другая модель, когда люди или компании будут покупать доступ к ним на определенное время. Например, квантовый компьютер может быть в облаке. Intel, возможно, будет предоставлять такие услуги.
— Занимаетесь ли вы софтом для квантовых компьютеров?
— У нас есть несколько инженеров, которые занимаются алгоритмами — софтом, если хотите. Пока они ограничены тем, что все еще нет «железа» для масштабных задач. В будущем мы будем делать квантовые процессоры, которые будут работать на квантовой архитектуре Intel.
Даже если бы сейчас у нас был процессор с 1 млн кубитов, все равно нет системы, на которой его можно было бы запустить. Кубиты очень хрупкие, и при работе с ними нужно соблюдать очень специфические требования. Почти все квантовые технологии требуют очень низких температур. Мы работаем буквально при долях градуса от абсолютного нуля. Такие системы доступны, хотя они недешевые, — это называется рефрижератор растворения. Они нужны для охлаждения приблизительно до 10 мК [милликельвинов] — очень холодно, примерно в 250 раз холоднее, чем в космосе.
— Как вы относитесь к «гонке гигантов» в этой области? Кажется, что все разработки крупных компаний, которые занимаются квантовыми компьютерами, в принципе похожи. Есть ли смысл в этой гонке?
— Сейчас мы находимся на стадии 10–50 кубит, а нам нужен 1 млн кубитов. Так что мы только начинаем эту гонку. И то, каким образом мы от 50 доберемся до 1 млн, не очевидно. То, в чем разные компании могут отличиться, это способ масштабирования. Мы, например, используем для этого нашу экспертизу в упаковке, архитектуре и исследования вторичных технологий, таких как спиновые кубиты.
— Какие технологии нужны будут вам и другим компаниям после создания квантового компьютера?
— По-моему, большой объем госфинансирования в этой сфере идет в криптографию. Но это очень сложная задача даже для квантового компьютера. Первыми сферами применения квантового компьютера будут химия, изучение материалов, разработка лекарств.
— Как появление квантового компьютера может в целом повлиять на нашу жизнь?
— Когда в середине 1970-х появились первые суперкомпьютеры, никто не мог подумать, что спустя 40 лет мы будем носить более мощные компьютеры в карманах. Поэтому сложно предсказать, что будет через 40 лет. Вы упомянули химию: я бы сказал, что химия может поменять жизнь на планете. Представьте, что мы можем создать новое лекарство, лечить болезни, улучшить сельское хозяйство или энергетику. Это повлияет на всех, даже если у обычных людей не будет собственных квантовых компьютеров.
Развитие квантовых вычислений: версия Intel
2015 год
Intel инвестирует $50 млн в программу квантовых исследований. Компания договорилась с научным центром QuTech в Нидерландах о совместных разработках в течение десяти лет
Октябрь 2017 года
Intel объявила о создании квантового процессора с 17 кубитами. Процессор произведен в США и отправлен в QuTech в Нидерландах
Ноябрь 2017 года
Компания IBM объявила о создании работающего прототипа системы с 50 кубитами. Intel отстает от этого рубежа на несколько месяцев
2019– 2020 годы
Квантовый компьютер достигнет квантового превосходства, то есть сможет решать такие задачи, с которыми до этого другие типы машин не справлялись
2022– 2024 годы
Появится система с 1 тыс. кубитов. Она будет пригодна, например, для химического моделирования
2025– 2027 годы
Будет разработан квантовый компьютер с 1 млн кубитов. Система справится с масштабными математическими задачами и квантовой криптографией, и можно будет говорить о ее коммерческом использовании
Источник: данные компаний, прогноз Джима Кларка (Intel)
Фото: из архива пресс-службы компании Intel