Чтобы квантовые компьютеры были по-настоящему полезными, им нужны классические вычисления.

Традиционные вычислительные устройства будут играть решающую роль в превращении квантовых компьютеров в инструменты для реального применения.

Важнейшим компонентом, делающим квантовые компьютеры по-настоящему полезными, могут стать обычные компьютеры. Таково было заявление группы исследователей, собравшихся в этом месяце. Они объяснили, что классические компьютеры жизненно важны для управления квантовыми компьютерами, расшифровки результатов их вычислений и даже разработки новых методов производства квантовых компьютеров в будущем.

Квантовые компьютеры состоят из кубитов — квантовых объектов, которые могут представлять собой чрезвычайно холодные атомы или крошечные сверхпроводящие цепи. Чем больше кубитов в квантовом компьютере, тем выше его вычислительная мощность.

Однако кубиты хрупкие, поэтому их необходимо тщательно калибровать, контролировать и управлять. В противном случае они могут внести ошибки в вычисления, выполняемые на квантовом компьютере, или сделать эти устройства неэффективными. Для управления кубитами исследователи обращаются к классическим вычислительным технологиям, которые они обсуждали на конференции AQC25 в Бостоне, штат Массачусетс, 14 ноября.

Конференция AQC25, организованная компанией Quantum Machines, производящей контроллеры для нескольких различных типов кубитов, собрала более 150 исследователей, от профессоров квантовых вычислений до руководителей стартапов в области искусственного интеллекта. В нескольких десятках докладов они подробно рассказали о роли традиционных вычислений как технологии, способствующей развитию квантовых вычислений, а иногда и ограничивающего фактора для будущего квантовых вычислений.

По словам Шейна Колдуэлла, учёного из Nvidia, ожидается, что отказоустойчивый квантовый компьютер для решения полезных задач станет возможным только при поддержке классической вычислительной инфраструктуры на уровне петафлопсных вычислений – масштаба, на котором в настоящее время работают самые мощные традиционные суперкомпьютеры в мире. Хотя Nvidia не производит собственное оборудование для квантовых вычислений, компания недавно запустила систему для соединения квантовых вычислительных процессоров (QPU) с традиционными графическими процессорами – специализированными вычислительными компонентами, которые обычно используются в машинном обучении и высокопроизводительных научных вычислениях.

Даже когда квантовый компьютер работает эффективно, его выходные данные представляют собой набор квантовых свойств его кубитов. Чтобы их можно было использовать, их необходимо декодировать в более традиционные форматы, что, опять же, требует использования классических вычислительных устройств.

Пуйя Ронах из ванкуверского стартапа 1Qbit рассказала об этом декодировании и о том, что, по её словам, скорость отказоустойчивых квантовых компьютеров будет определяться скоростью работы их классических компонентов, таких как контроллеры и декодеры. Другими словами, вопрос о том, должна ли дорогостоящая машина, построенная на основе узкоспециализированного квантового оборудования, работать несколько дней или несколько часов для решения вычислительной задачи, может зависеть от её неквантовых компонентов.

В другом докладе Бенджамин Линхард из Института исследований низких температур имени Вальтера-Майснера в Германии рассказал о том, как использование традиционных алгоритмов машинного обучения может повысить эффективность считывания квантовых состояний сверхпроводящих кубитов. Аналогичным образом, Марк Саффман из Висконсинского университета в Мадисоне рассказал об использовании классических нейронных сетей для улучшения считывания данных с кубитов, созданных из экстремально холодных атомов. Независимо от типа изучаемого кубита, исследователи сошлись во мнении, что неквантовые устройства помогут этим кубитам стать более полезными.

Блейк Джонсон из IBM представил подробную информацию о декодере классических вычислений, который его команда разрабатывает в рамках планов по созданию квантового суперкомпьютера к 2029 году. Этот суперкомпьютер будет использовать нетрадиционную схему коррекции ошибок, и эффективное декодирование является одной из его самых сложных задач.

«Вспышки гениальности и разочарования»: я позволяю ИИ-агенту управлять моим днём

Заказ еды на вынос, написание электронных писем, переделка презентаций: ИИ-помощники рекламируются как способ передачи рутинных задач на аутсорсинг, чтобы освободить время для более интересных занятий. Так чем же они на самом деле полезны и каковы риски?

«Со временем мы видим, что чем больше классических [вычислений] мы приближаем к квантовым процессорам, тем больше мы можем вывести интегрированную производительность системы на новый уровень», — сказал Йонатан Коэн из Quantum Machines.

Традиционные компьютеры даже играют определённую роль в оценке поведения будущих квантовых компьютеров и способов их создания. Например, Ижар Медалси из стартапа Quantum Elements заявил, что виртуальные версии квантовых компьютеров на базе искусственного интеллекта — или «цифровые близнецы» — могут стать основой для проектирования реального оборудования.

На конференции также был представлен Альянс по квантовому масштабированию, одним из руководителей которого является лауреат Нобелевской премии 2025 года Джон Мартинис. Это демонстрирует важность взаимодействия квантовых и классических технологий. Альянс объединяет разработчиков кубитов, традиционные компьютерные компании, такие как Hewlett Packard Enterprise, и экспертов по моделированию материалов, таких как компания-разработчик программного обеспечения Synopsys.

Единый взгляд на конференцию был очевиден: будущее квантовых вычислений стремительно приближается, но это отчасти заслуга экспертов, посвятивших свою карьеру работе в классическом мире.

Источник: www.newscientist.com