В Китае разработан квантовый компьютер стоимостью около 380 тыс. руб., своими размерами напоминающий системный блок обычного ПК. Он разработан для школ и колледжей и умеет оперировать только двумя кубитами, а в его основе лежит явление ядерного магнитного резонанса.
Квантовый компьютер размером с системный блок
Стартап Shenzhen SpinQ Technology из Шэньчжэня (Китай) разработал полноценный квантовый компьютер размером и весом с небольшой системный блок. Он умещается на столе и, по данным Discover Magazine, стоит всего $5000 (около 379 тыс. руб. по курсу ЦБ на 2 февраля 2021 г.). Для сравнения, российский бюджетный автомобиль Lada Granta стоит от 441 тыс. руб., а компьютер Apple Mac Pro в российской рознице оценивается минимум в 622 тыс. руб.
Для квантового компьютера цена действительно достаточно низкая – например, у канадской компании D-Wave Systems, тоже специализирующейся на разработке квантовых компьютеров, есть модель 2000Q стоимостью в пределах $15 млн (1,137 млрд руб.). Дешевизна детища SpinQ объясняется его невысокой вычислительной мощностью – он оперирует всего двумя кубитами, тогда как 15-миллионная разработка канадцев, появившееся в начале 2017 г. – сразу 2000 кубитами.
Новое творение SpinQ базируется на так называемом явлении «ядерного магнитного резонанса» (ЯМР). Несмотря на отпугивающее название, эта технология достаточно хорошо изучена и в настоящее время широко используются химиками для изучения структуры вещества. Кроме того, ЯМР применяется и в медицине – в этой области она используется для проведения неинвазивного исследования внутренних органов пациентов (ЯМР-спектроскопия, магнитно-резонансная томография (МРТ). Также, по информации Discover Magazine, самые первые квантовые компьютеры образца 90 годов XX века, тоже основывались на ядерном магнитном резонансе.
Как работает «детский» квантовый компьютер
Рабочее вещество квантовой системы SpinQ – это диметилфосфит (dimethylphosphite). Оно представляет собой тетраэдрическую молекулу, в состав которой входят по одному атому фосфора, водорода кислорода, а также две группы CH3O. При комнатной температуре это вещество принимает форму бесцветной жидкости.
По утверждению, Discover Magazine, диметилфосфит идеален для использования в небольших квантовых компьютерах, потому что атомы фосфора и водорода связаны друг с другом и достаточно близки, чтобы взаимодействовать, плюс ими также можно управлять независимо друг от друга.
Специалисты SpinQ поместили несколько капель диметилфосфита в жидком виде в небольшую герметичную емкость, а ее саму разместили в центре магнитного поля. Притом, в отличие от квантовых компьютеров 30-летней давности, в новинке SpinQ не используются сверхпроводящие магниты, поскольку для отвода от них тепла пришлось бы строить гигантскую систему охлаждения. В этом суперкомпьютере разработчики отдали предпочтение постоянным магнитам, способным создавать магнитное поле силой до 1 тесла.
Для квантовых вычислений магнитное поле должно быть очень равномерным. Для выполнения этого условия команда использовала метод, называемый «шиммингом» (shimming), который генерирует другое магнитное поле, способное нейтрализовать любые неоднородности в более сильном поле.
В использовании диметилфосфита и мощных постоянных магнитов и заключается секрет миниатюрности и дешевизны нового квантового компьютера SpinQ. Для управления спинами (кубитами) его необходимо подключить к обычному ПК с установленным на него специализированным ПО.
Несмотря на то, что устройство SpinQ обрабатывает только два кубита, оно способно выполнять ряд типичных квантовых вычислений. Например, оно может реализовать версию алгоритма Гровера, который может выполнять поиск в базе данных быстрее, чем классический поисковый алгоритм.
Сроки запуска и целевая аудитория
Поставки своего миниатюрного квантового компьютера SpinQ собирается наладить в IV квартале 2021 г. С учетом своих возможностей компьютер, у которого пока нет конкретного названия, пригодится в школах и колледжах – он позволит ученикам понять базовые принципы работы квантовых вычислителей, и эти знания помогут им в дальнейшем открыть для себя мир по-настоящему производительных квантовых систем.
Для SpinQ это уже вторая попытка вывести миниатюрные квантовые компьютеры на рынок. Первую компания предприняла в начале января 2020 г., продемонстрировав на конференции Quantum Information Processing (QIP2020) двухкубитовый квантовый компьютер Gemini. Как и новая модель, он тоже основан на явлении ядерного магнитного резонанса, и он же подарил ей свой внешний вид.
SpinQ предложила Gemini нескольким учебным заведениям в Канаде, Китае и Тайване, но особого интереса у них он не вызвал по двум причинам – каждый такой компьютер весил 55 кг и стоил около $50 тыс. (3,79 млн руб.). За год разработчикам удалось снизить стоимость компьютера в десять раз, а вот вес новой модели они не уточняют.
