10 септилиона години за няколко минути: Квантовият скок на Google, който променя света

Прилича на златен полилей и е най-студеното място в познатата ни Вселена, разказва журналистът Файсал Ислам от BBC. Това, което виждам пред себе си, не е просто най-мощният компютър в света, а технология с ключово значение за финансовата сигурност, биткойн, държавните тайни, световната икономика и още много други сфери.

Квантовите изчисления държат ключа към това кои компании и държави ще печелят – и кои ще губят – през останалата част на XXI век.

Пред мен, окачен на около метър над земята в обект на Google в Санта Барбара, Калифорния, се намира Willow. Честно казано, не изглеждаше така, както си го представях. Няма екрани или клавиатури, да не говорим за холографски шлемове или чипове за четене на мисли.

Willow представлява серия от кръгли дискове с размерите на варел за олио, свързани със стотици черни контролни кабели, които се спускат в бронзов хладилен съд с течен хелий. Той поддържа квантовия микрочип на температура, едва една хилядна от градуса над абсолютната нула.

Изглежда и се усеща много „осемдесетарски“, но ако потенциалът на квантовите технологии бъде реализиран, тази структура от метал и кабели, наподобяваща медуза, ще преобрази света по много начини.

Добре дошли в нашата лаборатория за квантов AI“, казва Хартмут Невен, ръководител на Quantum AI в Google, докато преминаваме през вратата с висока степен на сигурност.

Невен е донякъде легендарна фигура – едновременно технологичен гений и почитател на техно музиката. Облича се така, сякаш току-що е дошъл със сноуборд директно от фестивала Burning Man – за който самият той създава арт инсталации. Може би наистина е така, в някоя паралелна вселена – но за това по-късно.

Неговата мисия е да превърне теоретичната физика във функциониращи квантови компютри, „които да решават иначе нерешими проблеми“. Признава, че е пристрастен, но казва, че тези „полилеи“ са най-добре представящите се в света.

Таен храм на висшата наука

Голяма част от разговора ни е за това какво нямаме право да снимаме в тази строго охранявана лаборатория. Тази критично важна технология е обект на експортен контрол, строга секретност и е в центъра на надпревара за търговско и икономическо превъзходство. Всяко малко предимство – от формата на нови компоненти до компаниите в глобалните вериги за доставки – е потенциален източник на влияние.

В този храм на висшата наука се усеща отчетлив калифорнийски дух – в изкуството и цветовете. Всеки квантов компютър носи име, като Yakushima или Mendocino, всеки е „облечен“ в съвременно произведение на изкуството, а по стените има графити в уличен стил, осветени от яркото зимно слънце.

Невен вдига Willow – най-новия квантов чип на Google, който е постигнал два важни пробива. По думите му той е сложил „окончателен край“ на дебата дали квантовите компютри могат да извършват задачи, които класическите не могат.

Willow е решил и тестов проблем за минути – задача, която би отнела на най-мощния класически компютър в света 10 септилиона години, тоест повече от трилион трилиона, число с 25 нули – повече от възрастта на Вселената. Този теоретичен резултат наскоро е приложен в алгоритъма Quantum Echoes, невъзможен за конвенционалните компютри, който помага да се изучава структурата на молекули, използвайки същата технология, прилагана в ЯМР скенерите.

Невен изброява начините, по които според него квантовият чип Willow ще бъде използван „за да помогне за решаването на много от проблемите, пред които е изправено човечеството днес“.

Той ще ни позволи да откриваме лекарства по-ефективно“, казва той. „Ще помогне да направим производството на храни по-ефикасно, да произвеждаме енергия, да я пренасяме, да я съхраняваме... да решим климатичните промени и глада по света.“

„Това ни позволява да разбираме природата много по-добре и след това да отключим тайните ѝ, за да създаваме технологии, които правят живота по-приятен за всички“, допълва той.

Някои изследователи смятат, че истинският изкуствен интелект ще бъде възможен едва с помощта на квантови компютри. Членове на екипа тук току-що са получили Нобелова награда за първоначалните изследвания върху „свръхпроводящите кубити“, използвани в тази технология.

Чипът Willow разполага със 105 кубита. Квантовият проект на Microsoft има 8 кубита, но използва различен подход. Надпреварата в световен мащаб е кой първи ще достигне 1 милион кубита за т.нар. „машина с практическа полезност“, способна да извършва квантова химия и разработка на лекарства без грешки. Технологията обаче е изключително крехка.

Това, което се случва тук, се наблюдава внимателно по целия свят. Проф. сър Питър Найт, председател на Стратегическия консултативен съвет на Националната програма за квантови технологии, казва, че Willow е пробил нови граници.

Всички машини все още са на етап играчки – допускат грешки. Те се нуждаят от корекция на грешките. Willow беше първият, който показа, че това е възможно – чрез повтарящи се цикли на поправки, които водят до подобрение“, казва той.

Това поставя технологията на път към мащабиране и към възможността да извършва точно трилиони операции – вероятно в рамките на седем-осем години, а не след двайсет, както се смяташе досега. Ако първата четвърт на този век беше определена от възхода на интернет, а след това и на изкуствения интелект, следващите 25 години със сигурност ще бъдат началото на квантовата ера.

Как работи?

Представете си, че търсите тенис топка в една от хиляда затворени чекмеджета. Класическият компютър отваря всяко чекмедже едно по едно. Квантовият компютър отваря всички едновременно. Или, ако трябва да използвате сто ключа, за да отворите сто врати при обикновеното изчисление, квантовите технологии ви позволяват да отворите и стоте врати мигновено – с един ключ.

Тези машини няма да бъдат за всеки. Няма да се смалят до телефони, AI очила или лаптопи. Но същественото е, че мощността им нараства експоненциално – и всички искат да участват в тази надпревара.

Попитах главния изпълнителен директор на Nvidia Дженсън Хуанг дали това представлява заплаха за бизнес модела му за специализирани чипове за AI. „Не, квантовият процесор ще бъде добавен към компютрите в бъдеще“, отговори той.

А един от водещите британски експерти в областта подчертава какво е заложено на карта в квантовия свят – крайната способност да се декриптира почти всичко, от държавни тайни до биткойн.

Цялата криптовалута ще трябва да бъде преосмислена заради заплахата от квантовите изчисления“, казва сър Питър.

Водещ партньор на Nvidia миналата година заяви, че макар биткойн да има още няколко години, до края на десетилетието ще е необходим преход към по-силна блокчейн технология. Източници от технологичната индустрия използват израза „Събирай сега, декриптирай по-късно“, за да опишат процеса, при който държавни агенции вероятно съхраняват криптирани данни от цял свят с очакването, че бъдещи поколения технологии ще могат да ги разчетат.

Глобална надпревара

И след това идва световната надпревара. Подходът на Китай е много различен от търговската конкуренция в САЩ и Запада. С около 15 млрд. долара (11 млрд. паунда) общият ресурс, отделен за квантови технологии в Китай, вероятно е съпоставим с всички останали правителствени програми по света, взети заедно, казва сър Питър.

От 2022 г. насам Китай е публикувал повече научни статии за квантови технологии от всяка друга държава, като усилията са водени от пионер във физиката на име Пан Дзиенвей. Това е ключова част от 14-ия петгодишен план на Пекин.

Китай е взел решение да спре собствените си технологични гиганти като Baidu и Alibaba от развитие на самостоятелни квантови изследвания и вместо това да концентрира хората и инфраструктурата в държавно предприятие. Страната се стреми да изпревари останалите в квантовите комуникации и сателитите.

Миналата година Пан разработи и тества квантовия компютър Zuchongzhi 3.0, използвайки сходна технология, но различен подход от този на Willow, и заяви сходни резултати. През есента системата беше отворена за търговска употреба. Всичко това напомня на проекта „Манхатън“ от Втората световна война или на космическата надпревара – но през XXI век.

Обединеното кралство е едно от научните сърца на квантовите изследвания. Именно британски учен е направил първоначалните изследвания върху свръхпроводящите кубити. В страната има десетки компании и авангардни научни разработки. Правителството планира значителна инвестиция в тази област през следващите седмици. Това е жизненоважно за икономиката, за военната сфера и за геополитиката. Съществува надежда Великобритания да се превърне в третата сила в тази област.

Паралелни вселени

Обратно в лабораторията на Willow се поставят и още по-екзистенциални въпроси. Миналата година Невен предположи, че безпрецедентната скорост на Willow подкрепя някои концепции за съществуването на мултивселена. Накратко – тази скорост би могла да се обясни с това, че Willow използва паралелни вселени за своята изчислителна мощ. Не всички учени приеха тази идея.

Все още има оживен дебат“, казва той. „Както видяхте в лабораторията, причината квантовите компютри да са толкова мощни е, че в рамките на един тактов цикъл те могат да обхванат 2 на 105 комбинации едновременно. Това ви кара да се питате – къде се намират всички тези различни състояния?... Съществува интерпретация на квантовата механика – т.нар. много-светова интерпретация – паралелни вселени или паралелна реалност.“

Willow не доказва това, внимателно уточнява Невен, но е „показателно, че трябва да приемем тази идея сериозно“.

Това е авангардът на световната технологична граница – на растежа и бъдещето. А британското правителство скоро ще инвестира стотици милиони, за да навакса изоставането спрямо Willow и Китай. Звучи като научна фантастика. Но много бързо се превръща в икономически факт.