Квантовите компютри се нуждаят от собствена индустриална революция

Писателят е професор по физика в Калифорнийския университет в Санта Барбара, съосновател на Qolab и притежател на Нобелова премия за физика за 2025 година

Това беше година на феноменални достижения за квантовите компютри, доказващи, че научните им правила са здрави. Последните достижения включват опита на Гугъл за изясняване на границата на „ квантовата наблюдаемост “ – точката, в която една квантова система може да надвиши качествата на обичаен компютър.

Въпреки това теорията има преимущество в скоростта пред действителността. Докато белите дъски се пълнят с нови протоколи и логаритми, самите квантови машини се удрят в стената.

Размишлявам върху арката на технологиите, на която съм бил очевидец в кариерата си — от ранните опити през 80-те години до световната квантова конкуренция, която е в ход в този момент. През последните четири десетилетия напредъкът в технологията и дизайна за произвеждане на чипове фундаментално предефинира това, което е допустимо.

Моето умозаключение е следното: достигането до квантов компютър с общо предопределение — подобен, който работи като естествен компютър, само че има експоненциалната процесорна мощ на квантовата механика, способна да изследва голям брой благоприятни условия едновременно — изисква повече от 1 милион физически кубита (квантови битове). Това изисква софтуерен скок със същата големина.

Цифрите удостоверяват тези опасения. Между 2019 година и 2025 година квантовите чипове на Гугъл минаха от 53 на 105 кубита, коефициент на две нарастване за шест години. С това движение ще съм от дълго време мъртъв, преди да достигнем границата от 1 милион кубита.

Всеки, който е надникнал в актуалната квантова система, може да види истината за това. Погледнете диаграмите или фотосите на устройствата и какво виждате? Джунгла от кабели и обособени съставни елементи, всички проектирани да охлаждат и управляват един дребен чип, прикрит в долната част на криостата. Достигнахме стадий, в който сложността на водопроводната апаратура изцяло надвива над самото квантово устройство.

Моето виждане е, че цялата система за ръководство, сходна на спагети, би трябвало да бъде сменена от един единствен интегриран чип. Мислете за това като за преход от мейнфрейм компютрите с размерите на стая от 1960-те към микрочиповете от 1970-те и по-късно. Този преход не беше иновация в нереалната математика; това беше знамение на индустриалното инженерство.

Имаме потребност от криогенни интегрални схеми, с цел да работят при доста ниските температури, нужни за свръхпроводящите кубити. Използвайки този метод, можем да сложим не стотици, а 20 000 кубита с висока точност на една чиста пластина и по-късно да реализираме задачата от милиони кубити на система посредством свързване на тези пластини.

Квантовото пресмятане би трябвало да схване най-съвременното произвеждане на чипове – същата технология, която вгражда милиарди транзистори във всеки актуален смарт телефон. Това значи да се отървем от остарелите, неефективни способи, като да вземем за пример 60-годишния развой на извеждане, употребен при създаването на чипове за квантови калкулации, който просто не е чист или задоволително мащабируем.

Ангажиментът за създаване на тази инфраструктура на вътрешния пазар има по-голямо значение от просто техническите индикатори. Израснал съм в семейство на чиновници и знам, че производството е в основата на положителните, устойчиви работни места в Америка. Когато класическата полупроводникова промишленост реалокира огромна част от индустриалния си потенциал, тя измести софтуерното водачество в чужбина. 

Не искам научното ми завещание просто да изсече още няколко милиардери. Трябва да споделяме трансформиращите преимущества на квантовата технология с всички. Следващата огромна софтуерна гражданска война би трябвало да остане обвързвана с хората, които я построяват.

Беше изненадващо мъчно да се насочи общността на свръхпроводящите кубити по този път. Чудя се дали актуалната просвета, със своя фокус върху най-новите резултати и нападателен маркетинг, прави нужната, сложна и почтено казано по-малко блестяща работа на дълбокото индустриално инженерство по-трудна за оправдаване и финансиране. Но пътят към мащабируемите квантови компютри е застлан с високотехнологично индустриално съоръжение, а освен с високоустойчиви хартии.

Време е общността на свръхпроводящите кубити да реалокира фокуса си от преследването на идната алгоритмична проява към оправянето с огромното производствено и инженерно предизвикателство, което следва.

Моментът за основополагащи научни открития би трябвало да отстъпи място на ерата на индустриалното произвеждане. Имаме огромна част от физиката; в този момент имаме потребност от инженери и техници. Нека използваме нужната индустриална технология и да създадем това бързо, или рискуваме да оставим капацитета на квантовите калкулации да остане вечно в капан в джунгла от кабели.