Прошло четверть века с тех пор, как первые квантовые биты, или кубиты, были соединены вместе, чтобы создать рудиментарный квантовый компьютер. Обладая способностью одновременно представлять как единицы, так и нули в традиционных компьютерах, кубиты являются основными компонентами систем, которые могут намного превзойти современные компьютеры в решении определенных типов задач. С тех пор прогресс зависел не столько от точных наук, сколько от прикладной инженерии: создание более стабильных кубитов, способных удерживать свое квантовое состояние более крошечной доли секунды, объединение их вместе в более крупные системы и разработка новых форм программирования для использовать особенности технологии.

Это можно сравнить с тем, что произошло на заре традиционных вычислений, после изобретения транзистора в 1940-х годах и интегральной схемы в 1958 году. Оглядываясь назад, можно сказать, что устойчивый экспоненциальный рост производительности, описанный законом Мура, который вывел компьютеры на новый уровень. мейнстрим, кажется неумолимым. Квантовый век вряд ли будет разворачиваться с таким же чувством метрономической неизбежности. Он может преподнести большие сюрпризы как с положительной, так и с отрицательной стороны. Началась глобальная гонка по разработке новых методов контроля и использования квантовых эффектов, а также по созданию гораздо более эффективных алгоритмов, что повышает вероятность внезапных скачков производительности. Такой неожиданностью стала публикация китайских исследований, предлагающих способ взломать наиболее распространенную форму онлайн-шифрования с помощью квантового компьютера, подобного уже доступным.

Ожидалось, что этот подвиг — потенциальный «момент спутника» — потребует гораздо более продвинутых квантовых систем, которые появятся много лет назад. Другие эксперты по кибербезопасности в конце концов пришли к выводу, что этот метод вряд ли сработает на практике. Один из вопросов заключается в том, почему Китай разрешил бы ее публикацию, если бы она действительно показала способ разоблачить большую часть секретных сообщений мира. Тем не менее, это все же стало толчком и должно стать тревожным звонком для всех, особенно в США, кто беспокоится о рисках развития технологического превосходства Китая. Многие компании в таких отраслях, как химическая, банковская и автомобильная промышленность, вложили средства в изучение того, как программировать квантовые системы, в надежде, что вскоре появятся первые практические применения. При моделировании сложных финансовых рисков, разработке новых молекул и ускорении обработки данных в системах машинного обучения квантовые системы могут получить преимущество, как только они станут хоть немного дешевле или быстрее, чем существующие компьютеры.

Этот момент «квантовое преимущество” — когда системы демонстрируют практическое, пусть и скромное, превосходство в определенных проблемах — все еще лежит, мучительно, просто вне досягаемости. С ростом инвестиций и ожиданий велика вероятность краткосрочного разочарования, даже если долгосрочный потенциал кажется неизменным. До сих пор трудно удерживать кубиты в их квантовом состоянии достаточно долго, чтобы выполнять полезные вычисления. Следующий рубеж лежит в изобретении форм исправления ошибок, которые используют некоторые кубиты для противодействия «шуму», вызванному отсутствием согласованности. Недавние исследования показывают, что прогресс в решении этой проблемы достигается быстрее, чем ожидалось.

Потенциал прорывов в таких областях, как исправление ошибок, увеличил вероятность квантового шока, когда машины совершат скачок от увлекательного научного эксперимента к технологии, меняющей мир. Основываясь на, казалось бы, ошибочном китайском шифровальном документе, было бы опрометчиво предсказывать, что этот момент уже близок. Но с таким большим количеством усилий во всем мире, направленных на использование свойств квантовой механики для вычислений, было бы еще опрометчивее отложить серьезное рассмотрение обещаний — и рисков — на другой день.