Сегодня мы испытываем потребность в решении задач, на которые у классических компьютеров ушли бы века, а квантовым понадобилось бы несколько минут или часов. К примеру, скорость и точность квантовых вычислений, позволяющих преодолеть высочайший на сегодняшний день уровень шифрования, поражают ум. Классическому компьютеру потребовался бы миллиард лет, чтобы пробить криптографическую защиту RSA-2048, но квантовый сделал бы это примерно за сто секунд, то есть меньше чем за две минуты. К счастью, квантовые вычисления еще и в корне меняют классическое шифрование, повышая уровень безопасности операций.
Но, чтобы достигнуть этой цели, нужно совершить три научных и инженерных прорыва. Главный прорыв, над которым мы работаем, – это топологический кубит. Необходимый прорыв в области сверхпроводимости – процесс генерирования тысяч топологических кубитов, одновременно надежных и стабильных. Прорыв в области компьютерных наук – это создание новых вычислительных методов для программирования квантового компьютера.
В настоящий момент сотрудники и партнеры Microsoft работают над проблемами переноса, экспериментальной и теоретической физики, математики и информационных технологий, которые однажды сделают квантовые вычисления реальностью. Центром этой деятельности является «Станция Q», расположенная на одной территории с кафедрой теоретической физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
«Станция Q» – это детище Майкла Фридмана, который в 1986 году, в возрасте тридцати шести лет, получил высшую награду по математике – Филдсовскую премию – на Международном математическом конгрессе. После этого Майкл пришел на работу в Microsoft Research – исследовательское подразделение корпорации. В Санта-Барбаре он собрал ведущие мировые таланты в области квантовой технологии – физиков-теоретиков, которые, пользуясь для своих расчетов только карандашом и бумагой, «подкидывают дрова» в топку физиков-экспериментаторов. Те, в свою очередь, проводят эксперименты, играя с этими теориями, и в результате дают инженерам-электрикам и разработчикам приложений возможность открывать квантовым вычислениям дорогу на широкий рынок.
Итак, время – после полудня, место – «Станция Q», инструменты – тако аль-пастор[62]. Двое физиков-теоретиков расспрашивают физика-экспериментатора о его последних находках. Они спорят о разработках в сложной области на стыке математики и физики, известной как майорановские фермионы, или частицы. Это весьма многообещающее направление в сфере сверхпроводников, необходимых для создания устойчивого квантового компьютера. Блики солнечного света играют на поверхности Тихого океана в районе Кампус-Пойнта, освещая бесчисленные уравнения, написанные мелом на досках по периметру комнаты для совещаний.
Перед нами – род напряженной групповой работы в режиме реального времени, в ходе которой рождаются необходимые нам научные прорывы. Крейг Манди, визионер и бывший руководитель технологического отдела Microsoft, много лет назад дал старт нашим квантовым разработкам, однако научные исследования протекают очень медленно. Физик-теоретик обнародует свою идею. Физик-экспериментатор проверяет эту теорию и публикует результаты. Если эксперимент заканчивается неудачей или дает результаты ниже оптимальных, теоретик начинает критиковать экспериментальную методику и вносит изменения в изначальную теорию. И все начинается заново.
Насущная потребность в квантовых вычислениях ускорила темпы научных открытий, и единственный способ первыми добраться до цели – это сократить временной зазор между теорией, экспериментом и созданием прототипа. Изобретение квантового компьютера превратилось в процесс сродни гонке вооружений. Нам нужно было действовать быстрее и эффективнее, а также больше ориентироваться на результат, поэтому мы поставили себе цель в отведенные сроки создать квантовый компьютер, который бы умел делать нечто полезное, на что не способны классические компьютеры. Но для этого требуются тысячи кубитов. Достижение этой цели требовало более напряженной совместной работы. Мы собрали у себя величайшие мировые умы и попросили их поработать вместе, на равных, подходя к проблемам с открытостью и смирением. Мы договорились, что теоретики и экспериментаторы сядут за один стол – физически или при помощи скайпа, – чтобы генерировать идеи и обсуждать эксперименты. Этот метод заметно ускорил процесс.
62
Мексиканское блюдо, лепешки с начинкой в виде кусков свинины в ананасовом соусе.