Рік розпочався з гучних заяв у сфері квантових технологій.

Після того, як Google представила свій чип Willow, якому приписують здатність за п'ять хвилин розв'язати задачу, на яку суперкомп'ютеру знадобилися б квадрильйони років, Microsoft заявила, що виявила новий стан матерії, за допомогою якого можна приборкати невловиму частинку Майорани. Тепер команда вчених з Amazon Web Services (AWS) і Caltech демонструє в журналі Nature Ocelot, новий процесор для квантових обчислень, який, за словами компанії, може «зменшити витрати на виправлення помилок до 90%». Всі вони стверджують, що досягли успіхів, які віщують нову еру обчислень.

Однак вчені, які не пов'язані з цими компаніями, зустріли ці заяви з прохолодою та обережністю. Чи не є це «квантовою бульбашкою»?

Моніт Шарма, 23-річний інженер-дослідник індійського походження, був відзначений Сінгапурським університетом менеджменту (SMU) за застосування квантових обчислень до проблем реального життя.

Однак Шарма обережний і вважає, що ця технологія ще не здатна вирішувати реальні масштабні завдання. «Я думаю, що знадобиться щонайменше два десятиліття, щоб апаратне забезпечення [обладнання] досягло достатнього рівня, щоб можна було принаймні спробувати вирішувати проблеми пристойного розміру», — стверджує він.

Зовсім іншої думки дотримується Оскар Пейнтер, директор з квантового обладнання AWS, після презентації Ocelot:

«Завдяки останнім досягненням у квантових дослідженнях, квантові комп'ютери, стійкі до помилок, стануть доступними для реальних застосувань. Ocelot — важливий крок на цьому шляху. У майбутньому квантові чипи, побудовані відповідно до архітектури Ocelot, можуть коштувати вп'ятеро дешевше, ніж зараз, завдяки різко зменшеній кількості ресурсів, необхідних для виправлення помилок. Зокрема, ми вважаємо, що це прискорить створення практичного квантового комп'ютера на п'ять років».

<img src="" alt="Квантовий чип Ocelot від Amazon Web Services">

Основою квантових обчислень є суперпозиція станів, здатність частинок, таких як електрон або фотон, існувати в декількох станах одночасно.

Ця властивість формує кубіт (основну квантову одиницю), що має експоненціально більшу потужність, ніж класичні біти, які можуть перебувати лише у двох станах: нуль або один. Але будь-яке втручання, яке називається «шумом» (наприклад, зміна температури або проста мережа Wi-Fi), скасовує цю суперпозицію, яку фізик Ервін Шредінгер спростив за допомогою знаменитого кота, який може бути одночасно живим і мертвим.

Таким чином, двома ключовими моментами квантових обчислень є розробка надійних чипів, які підтримують або використовують крихку та ефемерну когерентність кубітів в умовах шуму, а також, з огляду на неминучість помилок, їх виправлення.

Цей шлях обрали Google з Willow, IBM з Heron (чипом зі 133 кубітами, розробленим для взаємозв'язку і заснованим на архітектурі, відомій як «налаштовуваний зв'язок»), і AWS з Ocelot. Мета полягає в розробці квантових комп'ютерів, здатних виконувати надійні, безпомилкові обчислення значної складності. «Найбільша проблема — не створити більше кубітів, а змусити їх працювати надійно», — каже Пейнтер.

Інший шлях — це той, про який оголосила Microsoft, що стверджує, що виявила новий стан матерії:

Майорану, теоретичну пропозицію Етторе Майорани 88 років тому, яка описує частинку, здатну захистити квантову інформацію від навколишнього середовища (шуму) і, отже, зробити виправлення помилок непотрібним. За словами більшості фізиків, цього ще не досягнуто.

Команда Інституту матеріалознавства Мадрида (ICMM-CSIC), що складається з Ельзи Пради, Рамона Агуадо і Пабло Сан-Хосе, у співпраці з Інститутом науки і технологій Австрії (ISTA), Каталонським інститутом нанонауки і нанотехнологій (ICN2) і Прінстонським університетом у США, шукала цей квантовий святий Грааль.

Але, на відміну від Microsoft, вони піддали результати своїх досліджень численним перевіркам, поки не визначили, як опубліковано в Nature, що їм вдалося знайти самозванця — частинку, яка імітує поведінку Майорани, але не є нею.

Іспанський вчений скептично ставиться до заяви Microsoft.

Він захищає важливість майоранів як «нового квантового стану матерії» і визнає, що їх відкриття було б ключовим для розробки топологічних кубітів, «несприйнятливих до декогеренції [втрати суперпозиції станів]». Але він попереджає: «Насправді в галузі [квантових обчислень] багато перебільшень і дезінформації, і важливо бути точними та суворими, якщо ми хочемо, щоб вчені сприймали нас серйозно», — попереджає Агуадо.

«Чому цей скептицизм?» — запитує він у власній публікації.

Агуадо нагадує, що попередні виявлення Майорани «виявилися хибнопозитивними (так звані зв'язані стани Андрєєва в просторі надпровідника), що зробило остаточне виявлення надзвичайно складним». «Наша група зробила великий внесок у прояснення цієї дискусії», — додає він.

«Чи були виявлені майорани? Якщо вибачите за каламбур, їх багато разів бачили в журналі Nature, але, можливо, не так багато разів у справжній матері-природі», — іронізує він.

І підсумовує: «Давайте прояснимо: документ Microsoft не продемонстрував жодного кубіта (топологічного чи іншого) чи навіть беззаперечного доказу існування майоранів у своєму пристрої. Коли публікуються і поширюються абсолютно упереджені новини, пресрелізи тощо, що містять такі перебільшені твердження, які межують з абсолютною неправдою, стає дедалі легше дискредитувати науку, вчених і генерувати фейкові новини з інших, важливіших для суспільства тем».

Професор теоретичної фізики в Королівському коледжі Лондона Джордж Бут менш категоричний

(«Вони не демонструють однозначно, що можуть виміряти повний топологічний кубіт, але вони наближаються до життєздатного топологічного кубіта», — стверджує він). Однак він нагадує, що за 20 років досліджень Microsoft у цьому напрямку деякі статті довелося відкликати через помилки.

Молодий вчений Моніт Шарма також приєднується до групи обережності, висловленої Агуадо:

«Я вважаю, що вкрай важливо відповідально повідомляти про те, що квантові технології можуть і не можуть робити сьогодні. Досягнення квантової переваги [вирішення проблеми значно швидше, ніж будь-який класичний суперкомп'ютер], або, що ще амбітніше, квантової переваги [вирішення проблеми, неможливої для звичайного комп'ютера] для практичних завдань — це марафон, а не спринт».

Навпаки, дослідник Ocelot Оскар Пейнтер, професор фізики в Каліфорнійському технологічному інституті і керівник відділу квантового обладнання в AWS, захищає швидкий прогрес:

«Частота помилок знижувалася вдвічі кожні два роки. Такими темпами нам знадобилося б 70 років, щоб досягти того, що нам потрібно. Замість цього ми розробляємо нову архітектуру чипів, яка може привести нас туди швидше». «Тим не менш, це один з перших будівельних блоків. Нам ще багато належить зробити», — визнає він.

Дещо обережніший і солідарний з Шамаром Фернандо Брандао, колега Пейнтера з досліджень в AWS і Caltech, а також співавтор роботи про Ocelot:

«Ми перебуваємо в довгостроковому пошуку, щоб створити корисний квантовий комп'ютер, щоб робити те, що не можуть зробити навіть найкращі суперкомп'ютери, але масштабувати його — це великий виклик».