Первый квантовый компьютер VLQ в Чехии способнен взламывать шифры и обрабатывать большие объемы данных
В Чехии уже в этом году начнет работать первый в стране квантовый компьютер – устройство, которое вычисляет совершенно иначе, чем обычные компьютеры, которыми мы пользуемся в повседневной жизни – вместо классических битов оно работает с состоянием атомов. Эксплуатировать его будет национальный суперкомпьютерный центр IT4Innovations при Горном университете – Техническом университете в Остраве, где в настоящее время работает и самый быстрый чешский суперкомпьютер Karolina.
Квантовый компьютер – звучит практически как научная фантастика, но сегодня это уже реальность. И эта реальность происходит в Чешской Республике. Несмотря на то, что квантовый компьютер – это действительно ультрасовременное устройство, Чехия в таких технологиях не новичок. Уже сейчас в национальном суперкомпьютерном центре IT4Innovations при Техническом университете Остравы работает суперкомпьютер Karolina, самый мощный в Чехии. О том, что же такое квантовый компьютер и для чего он служит, Radio Prague International рассказал директор центра IT4Innovations Вит Вондрак:
«Квантовый компьютер, в отличие от обычных, устроен немного иначе. В то время как классические компьютеры работают с базовым элементом, который называется бит – это единица информации, принимающая значение 0 либо 1, квантовые компьютеры используют так называемые кубиты, которые могут быть одновременно и 0, и 1, или любой комбинацией между ними. С этой точки зрения, это действительно нечто совершенно иное. Таким образом, если у классического компьютера мы при вычислениях получаем конкретное значение, то в случае квантового компьютера результат представляет собой вероятностное распределение возможных исходов. Мы получаем не одно определенное число, а набор возможных ответов с разной степенью вероятности, который зависит от квантового состояния системы. Поэтому по своей сути квантовый компьютер – это действительно совершенно другая вычислительная платформа, отличная от классической».
Новый компьютер стоимостью примерно 5 млн евро получил название VLQ, но сотрудники центра его также называют «vlk» (волк). Это животное присутствует и в символе одного из самых мощных европейских суперкомпьютеров, финском LUMI. Поставщиком квантового компьютера является финская компания IQM Quantum Computers. Половину расходов покрывает совместное европейское предприятие по высокопроизводительным вычислениям EuroHPC JU, вторую половину – европейский консорциум LUMI-Q, в который входят Чехия, Бельгия, Дания, Финляндия, Германия, Нидерланды, Норвегия, Польша и Швеция. Кстати, интересен тот факт, что квантовый компьютер есть не в каждой стране. Существует несколько стран, где имеются разные экспериментальные квантовые компьютеры. В Чешской Республике же речь идет о квантовом компьютере, который действительно будет доступен более широкой профессиональной общественности и который можно будет использовать по запросу. Таких квантовых компьютеров в рамках Европы будет установлено всего шесть. Почему же квантовый компьютер решили разместить именно в Остраве?
«На это есть сразу несколько причин. Первая, пожалуй, самая логичная, заключается в том, что Национальный суперкомпьютерный центр находится именно у нас – в Техническом университете в Остраве, и мы предоставляем классические вычислительные мощности для всей Чешской Республики из нашего центра IT4Innovations. Вторая причина в том, что мы некоторое время назад присоединились к совместному консорциуму под названием LUMI, который принял решение установить один из крупнейших суперкомпьютеров мира в Финляндии. У нас там много партнеров, и именно этот консорциум решил, что совместно приобретет квантовый компьютер. Но было условие: квантовый компьютер должен располагаться рядом с уже существующим классическим компьютером. И это условие в принципе выполняли мы и Финляндия. Поскольку финны уже, разумеется, взяли на себя строительство крупнейшего суперкомпьютера в Европе, мы приняли своего рода эстафету и решили, что поможем всему консорциуму, разместив квантовый компьютер именно у нас в Остраве, в центре IT4Innovations».
Для нового квантового компьютера было переоборудовано одно из помещений рядом с залом, где размещены серверы. В отличие от суперкомпьютеров (классических компьютеров), например, суперкомпьютера Karolina, который занимает 35 квадратных метров, требования к площади для квантового компьютера действительно невелики. Площадь всего в четыре квадратных метра отведена непосредственно под сам квантовый компьютер, и еще примерно 20 квадратных метров – под вспомогательные технологии. Итак, какие же задачи сможет решать новая квантовая машина?
«Я бы, пожалуй, начал с того, для чего вообще подходят квантовые компьютеры. Различие между классическим и квантовым компьютером приводит к тому, что квантовые компьютеры умеют решать крайне сложные вычислительные задачи, например, с экспоненциальной сложностью. Представим себе, что у нас есть задача, которую можно решить за определенное время. При экспоненциальной сложности, если мы увеличим масштаб задачи в 10 раз, то время ее решения возрастает, например, в тысячу раз. Если увеличить в 100 раз, то время уже становится таким, что включает 30 нулей. То есть это действительно чрезвычайно сложные вычисления, и квантовые компьютеры как раз способны такие задачи решать, даже несмотря на экспоненциальную сложность, за приемлемое время. И именно в этом заключается принципиальное отличие. Задачи, о которых идет речь, и где квантовые компьютеры могут применяться, встречаются в самых разных областях. Например, в области оптимизации логистики. Классическим примером является так называемая задача коммивояжера, где нужно найти для него самый короткий маршрут, при котором он должен один раз посетить каждый город и вернуться обратно. Оказалось, что при большом количестве городов, классический компьютер из-за экспоненциальной сложности уже не в состоянии найти оптимальный маршрут. А квантовый компьютер с этим справляется. Но это не единственное применение. Его можно использовать и в финансах, и в здравоохранении, и в промышленности».
Как уже было сказано выше, квантовый компьютер в Остраве будет доступен более широкой профессиональной общественности, и им будет можно воспользоваться по запросу. VLQ будет доступен для научно-исследовательских учреждений, университетов, промышленных компаний и государственного сектора. Если человек знает, как это работает, то он может сам подать заявку на использование вычислительного времени.
«Если он в этом разбирается, умеет запустить вычисление у нас, то ему даже не нужна помощь. Но мы, конечно, готовы предоставить и такую услугу – показать, как это сделать. Безусловно, мы можем наладить с ними сотрудничество, чтобы, например, помочь подготовить задачи, которые они решают, попробовать, как это можно было бы посчитать, и тому подобное», - заключает директор центра IT4Innovations Вит Вондрак.
Национальный суперкомпьютерный центр IT4Innovations является исследовательским, развивающим и инновационным центром в области высокопроизводительных вычислений, анализа данных, квантовых вычислений и искусственного интеллекта, а также их применения в различных научных, промышленных и общественных сферах. С 2013 года он эксплуатирует самые мощные суперкомпьютерные системы в Чехии. Центр предоставляет их как чешским, так и зарубежным исследовательским командам из академической и частной сфер.
