Хотя главный вопрос на миллиард долларов заключается в том, когда квантовые вычисления станут коммерчески жизнеспособными, одна из проблем, над которой работают в настоящее время, — как максимально использовать существующие технологии, где квантовые устройства демонстрируют высокий уровень ошибок. Хотя отрасль способна производить машины с сотнями физических кубитов, фактическое количество логических, безошибочных кубитов, доступных в новейших квантовых компьютерах, остается очень малым. По мере совершенствования технологии исследователи изучают, как получить максимальную отдачу от современных «шумных» квантовых компьютеров, и рассматривают типы задач, которые могли бы решать квантовые устройства с большим количеством логических кубитов.
Моделирование для разработки лекарств
Люси Робсон — ученый-квантовый алгоритмист в Universal Quantum. Она входит в команду, изучающую, как квантовые вычисления могут быть применены в разработке лекарств. В беседе с Computer Weekly о своей работе Робсон говорит: «Наш фокус заключается не только в изучении квантовых алгоритмов, которые могут реализовывать сценарии использования из реального мира, но и в понимании того, как мы можем создать высокопроизводительную квантовую коррекцию ошибок, и, в частности, как мы можем получить преимущества для масштабируемого оборудования квантовых вычислений на основе захваченных ионов от Universal Quantum за счет продуманной разработки протоколов коррекции ошибок». Рассматривая проблемы квантового моделирования для разработки лекарств, Робсон заявляет о необходимости крупномасштабного отказоустойчивого квантового компьютера: «Это нечто, что на много порядков превышает по размеру оборудование, которое у нас есть на данный момент. «Мы говорим о необходимости сотен тысяч или миллионов кубитов, чтобы обеспечить накладные расходы на квантовую коррекцию ошибок в том масштабе, который нам потребуется для выполнения очень больших алгоритмов, и мы видим общий реальный толчок к тому, чтобы попытаться понять, как далеко мы от отказоустойчивых квантовых вычислений»». Робсон отмечает, что эта проблема не является исключительно аппаратной. «Также необходимо учитывать потребности разработчиков приложений — промежуточное ПО и программные инструменты, которые понадобятся экспертам в области вычислительной химии, чтобы они могли самостоятельно использовать эти квантовые устройства», — добавляет она. Вместо того чтобы рассматривать квантовый компьютер как нечто эзотерическое и специализированное устройство, которым могут управлять только люди с очень специфическим набором навыков, Робсон надеется, что такие инструменты откроют квантовые вычисления для инженеров-программистов, не являющихся экспертами в квантовых вычислениях. В настоящее время работа Робсон сосредоточена на конкретном сценарии использования квантовых вычислений, который изучает, как квантовые алгоритмы могут ускорить моделирование химических свойств — в частности, квантовую химию для процесса разработки лекарств. В прошлом году Universal Quantum объявила о сотрудничестве с Open Quantum Institute (OQI) по использованию квантовых вычислений в разработке лекарств. Команда исследовала, как квантовое моделирование может ускорить открытие новых, негормональных методов лечения эндометриоза — изнурительного и прогрессирующего заболевания, поражающего около 10% женщин во всем мире.
По словам Робсон, среднее время постановки диагноза в Великобритании составляет от семи до 10 лет: «Это действительно симптоматично системного недостаточного финансирования женского здоровья в целом. Хотя изначально мы занимались квантовыми алгоритмами, одним из прекрасных вариантов использования является моделирование физических систем и квантовая химия, а одним из основных применений квантовой химии является фармацевтика и разработка лекарств».
Понимание квантовой физики
Для тех, кто не сталкивался с квантовой механикой — явлением, которое позволяет квантовым компьютерам выполнять вычисления за пределами возможностей самых мощных суперкомпьютеров — воплощенные ею концепции, такие как суперпозиция, ошеломляют. «Это, безусловно, контринтуитивно», — добавляет Робсон. Она вспоминает совет, который нобелевский лауреат и физик Роджер Пенроуз дал в предисловии к книге, которую она читала об изучении сложных концепций: «Я помню, как взяла одну из его книг, когда мне было около 16 лет, как раз перед началом изучения математики на уровне A-level, поэтому я была довольно незнакома со многими обозначениями и используемой терминологией. «За то короткое время, что я работаю в этой области, я видела, как то, о чем я читала в теоретической статье, теперь публикуется экспериментально»Люси Робсон, Universal Quantum «Его совет по работе с любой новой или странной формулой, которую вы раньше не видели, заключается в том, чтобы попытаться получить интуитивное понимание. Это может быть не связано с чтением уравнения или пониманием терминологии, а с чтением описания, просмотром диаграммы и попыткой составить в уме представление о том, что эта вещь на самом деле пытается описать, а затем вернуться и изучить обозначения и формулу». Она говорит, что этот подход всегда ей помогал: «Я всегда так поступаю, когда сталкиваюсь с чем-то новым и незнакомым». Ее совет разработчикам программного обеспечения, которые хотят заняться квантовыми алгоритмами, — понять линейную алгебру: «Многие концепции кажутся странными и чуждыми. Но мне повезло, что я получила степень, где мы много занимались линейной алгеброй, поэтому я бы утверждала, что одним из самых сильных предварительных требований, которое действительно необходимо для квантовых алгоритмов, в частности, является комфортное владение линейной алгеброй». Путь Робсон к квантовым компьютерам начался, когда она начала исследовать этот предмет. «Появилось множество новых материалов, и я начала пытаться понять, что же такое квантовая физика, и обнаружила, что существует огромное пересечение между квантовыми вычислениями и теоретической информатикой. Это меня по-настоящему и зацепило», — говорит она, вспоминая свой опыт самоучки-программиста, чтение RFC (запросов на комментарии), и свою работу в области кибербезопасности после изучения информатики. Затем у Робсон появилась возможность поработать над небольшим проектом, посвященным применению квантовых вычислений в оборонном секторе. Робсон уверена, что технология в конечном итоге станет коммерчески успешной. «За то короткое время, что я работаю в этой области, я видела, как то, о чем я читала в теоретической статье, теперь публикуется экспериментально», — говорит она, добавляя, что это показывает, как много было достигнуто за последнее десятилетие. В частности, Робсон очень рада видеть, что сейчас со стороны правительства Великобритании поступают устойчивые долгосрочные инвестиции. Компания, в которой она работает, Universal Quantum, была выделена из Сассекского университета и получила грант в размере 7,5 млн фунтов стерлингов в рамках Фонда стратегических вызовов Innovate UK в 2021 году. «В Великобритании у нас есть феноменальная Национальная программа по квантовым технологиям», — добавляет она, отмечая, что прогресс достигается не только в области аппаратного обеспечения для квантовых вычислений, но и в области программного обеспечения и инструментов. «Одна из вещей, которая меня очень воодушевляет, — это то, как экосистема растет быстрыми темпами параллельно с разработками в области аппаратного обеспечения и теории». Прослушать подкаст с Люси Робсон можно здесь >>.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Cliff Saran
