Нобелевская премия по физике в этом году досталась трем американским ученым: Джону Кларку (родился в Великобритании), Мишелю Деворе (уроженец Франции) и Джону Мартинису. Как следует из пресс-релиза Нобелевского комитета, награда (а это более миллиона долларов!) вручена «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи». Эта громоздкая и непонятная формулировка на самом деле означает фундаментальный вклад в создание квантовых компьютеров. В будущем они должны перевернуть многие отрасли жизни: от поиска лекарств до работы искусственного интеллекта. Так за что же именно дали Нобелевку в этом году? Объясняет ученый Университета ИТМО Максим Горлач, лично знакомый с одним из лауреатов.
За что в этом году присуждена премия?
Максим Горлач: Фактически Нобель этого года вручили за теоретические и экспериментальные работы, приведшие к созданию сверхпроводящих кубитов. Что это вообще значит?
Есть такая область науки, которая называется квантовая механика, ей в этом году исполнилось 100 лет. Изначально она описывала явления, которые происходят с очень-очень маленькими объектами, такими как атомы, фотоны, электроны. С ними происходят всякие необычные для привычного нам мира явления.
Однако позднее стало понятно, что некоторые подобные эффекты могут происходить со сравнительно большими (макроскопическими) объектами, которые можно увидеть без сверхмощных микроскопов. К примеру, сверхпроводимость (эффект, когда из материала полностью пропадает сопротивление и электрический ток может свободно идти по материалу без потерь, — прим. ред.).
И вот один из таких сравнительно больших объектов — это кубит. Как и у обычного бита в современных компьютерах, у него может быть два состояния: 0 и 1 (на чем построены все современные компьютерные вычисления). Однако если в обычной электронике каждый бит может быть или 1 или 0, кубит может находиться в так называемой суперпозиции. То есть он может быть как бы одновременно и 0, и 1 — как знаменитый Кот Шредингера, который и жив, и мертв одновременно.
Почему это важно?
Максим Горлач: Поскольку у кубита могут быть еще суперпозиционные состояния, то и кодирует информацию он более хитрым образом. Это его свойство используется в квантовых компьютерах, которые в будущем могут стать гораздо эффективнее и мощнее, чем компьютеры классические.
А что сделали Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис, которым дали премию?
Максим Горлач: В 1985 году три лауреата экспериментально показали: в макроскопическом джозефсоновском переходе (а это центральная часть современных сверхпроводящих кубитов) возникает квантование уровней энергии. То есть квантовые эффекты могут проявляться в системах макроскопических размеров. Это был важный фундаментальный прорыв.
Дальше потребовался долгий путь, чтобы эти фундаментальные работы положить в основу конкретной технологии. В 2012 году компания Google решила построить квантовый компьютер как раз на сверхпроводящих кубитах. Они вложили миллиарды долларов, построили корпуса, создали прототипы. Их усилия на тот момент возглавил Джон Мартинис (кстати, в этом же проекте работал и Деворе, — прим. ред.).
На протяжении долгих лет Мартинис возглавлял это направление, параллельно публикуя с коллегами научные статьи очень высокого уровня, — среди специалистов по этой теме они получали самую высокую оценку. Фактически он был в числе людей, придумавших, как превратить теоретический концепт 1980-х годов в конкретную технологию.
Эта технология сейчас работает?
Максим Горлач: Да, в 2019 году исследовательская группа в Google заявила о квантовом превосходстве. Проще говоря, они утверждали, что их квантовый компьютер может выполнять алгоритмы гораздо быстрее, чем классические вычислительные машины (речь шла о том, что за 200 секунд была решена задача, на которую у современного суперкомпьютера ушло бы приблизительно 10 000 лет, — прим. ред.)
Их раскритиковали, но в 2024 году они не только вновь показали квантовое превосходство, но и продемонстрировали коррекцию ошибок. Дело в том, что суперпозиционные состояния кубитов имеют свойство разрушаться со временем, из-за чего накапливаются ошибки. Эти ошибки важно обнаруживать и корректировать. Думаю, что премия этого года как раз связана с этими недавними прорывами.
Максим Горлач
Ведущий научный сотрудник физического факультета Университета ИТМО:
«Лично я очень рад, что премия 2025 года досталась этому направлению. Это действительно значимые достижения, построенные на красивой физике. Награду получили выдающиеся ученые, а Мартиниса я знаю лично — сталкивался с ним на конференции. Его доклад меня впечатлил — это глубокий специалист, открытый ко всему новому, и к тому же очень приятный человек».
Когда обычные люди смогут воспользоваться плодами этих открытий?
Максим Горлач: Квантовый ноутбук, конечно же, пока относится к области научной фантастики. Тем не менее квантовые вычисления ближе, чем мы думаем. Если удастся построить надежные процессоры на основе сверхпроводящих кубитов, то мы сможем решать задачи, недоступные современным компьютерам.
Прямо сейчас идет борьба за количество кубитов, которые будут контролируемо и управляемо работать на чипе. В 2019 году рекордом был процессор с 51 кубитом, сейчас IBM планирует создать компьютер с 4000 кубитов. По мнению специалистов, крайне интересные изменения возможны при чипах на десятки тысяч кубитов. Если когда-либо будут построены компьютеры с сотнями тысяч или даже миллионом кубитов… это перевернет наше представление о вычислениях и технологиях.
Возможно, нам станут доступны вычисления, которые позволят создать самозалечивающийся материал или подбирать лекарство для конкретного пациента с учетом всех факторов его заболевания. Все это фактически упирается сейчас именно в вычислительные мощности. И сейчас такое развитие событий уже не кажется совершенной фантастикой.
Ну и, конечно, не будем забывать про искусственный интеллект, который требует огромных мощностей. Не зря проект Google называется Quantum AI. Думаю, на горизонте десятилетий мы увидим очень интересные применения этих технологий. Какие — сейчас даже сложно представить.
Комментарии (0)