Сколько стоит квантовый компьютер
Представьте себе, что у вас есть целых 10 тысяч долларов, которые нужно потратить на сборку сверхмощного компьютера. Нет никаких сомнений, что вы купите процессор Core i9-13900K, который непременно разгоните с помощью дорогостоящей системы жидкостного охлаждения. Нужно взять самую прокачанную материнскую плату, которая позволит удержать частоты на максимальных значениях и прекрасно зарекомендовала себя в качестве оверклокерской модели. Без GeForce RTX 4090 не обойтись, ну а в качестве оперативной памяти можно взять новомодную DDR5-7200. Ёмкость твердотельного накопителя и вовсе не стоит ограничивать, ну а стоить всё это будет как минимум 7 тысяч долларов. Сумма немаленькая, вот только эксперты полагают, что сегодня самое время задуматься о покупке квантового компьютера, который в некоторых сценариях окажется на несколько порядков быстрее.
реклама
Эра квантовых компьютеров всё ещё не пришла, а эксперты называют несколько проблем. Во-первых, долгое время создание подобных машин было прерогативой крупных научно исследовательских институтов, а в результате только относительно недавно энтузиасты смогли получить доступ к подобным ПК. Во-вторых, ещё недавно цены на подобные компьютеры стартовали с 1 миллиона долларов, а значит позволить себе такую машину могли единицы. Похоже, всё круто изменилось, ведь китайские инженеры не только начали массовое производство квантовых компьютеров, но и умудрились сделать цены действительно низкими. На самом деле всё зависит от того, с чем вы сравниваете, но сути вопроса это не меняет.
Итак, если у вас есть деньги, и вы хотите ворваться в мир квантовых вычислений, то самое время купить один из трёх компьютеров: Gemini Mini, Gemini и Triangulum. Первый может предложить всего 2 кубита и является самым недорогим устройством подобного плана на рынке. За него просят всего 8700 долларов, а сам он потребляет не больше 60 Вт и с помощью уже готовых симуляторов способен выполнять 8-кубитные задачи. Похоже, Gemini Mini предназначен для знакомства с базовыми функциями и сценариями, доступными в квантовых вычислениях, ну а следующая модель (Gemini) стоит внушительные 40 000 долларов. Здесь также в наличии 2 кубита, а вот Triangulum представляет собой компьютер на 3 кубита и стоит 58 тысяч долларов. Если вы разбираетесь в теме, то можете почитать технические характеристики по ссылкам выше.
Все три квантовых ПК созданы инженерами из китайского технологического центра в Шэньчжэне и базируются на технологии SpinQ. Похоже, причислять подобные машины к полноценным квантовым устройствам будет преждевременно, ведь сами разработчики предлагают использовать их для обучения основам квантовых вычислений. И всё же, уже сегодня доступны сценарии с мудрёными алгоритмами, в которых даже дешёвый Gemini Mini способен обходить суперкомпьютеры за десятки миллионов долларов. Как мы уже писали выше, эра суперкомпьютеров ещё не наступила, поскольку в настоящее время идут широкие дебаты относительно возможности полноценного перевода традиционных вычислений в квантовый мир. Первые удачные эксперименты сменились долгим топтанием на месте, ведь во многих сценариях количество ошибок при расчётах таково, что делает результаты непредсказуемым. В итоге использовать полученные данные невозможно, а значит до тех пор, пока не появятся рабочие алгоритмы с минимальным количеством ошибок, подобные устройства останутся интересны исследователям.
В Китае создали настольный квантовый компьютер стоимостью $5000
Китайский стартап Shenzhen SpinQ Technology разработал полноценный квантовый компьютер, который можно использовать в школах и университетах для обучения принципам работы квантовых вычислителей. Устройство размером и весом с небольшой системный блок стоит около 380 тыс. рублей, что резко контрастирует с многомиллионными ценниками на уже известные рынку модели наподобие канадского D-Wave 2000Q.
Сравнительно небольшая стоимость объясняется невысокими вычислительными мощностями. SpinQ оперирует всего двумя кубитами (тот же D-Wave оперирует 2000 кубитами), поэтому для взломов кодов или «тяжёлых» расчётов он непригоден. А вот для учёбы — в самый раз.
SpinQ Gemini, презентация в 2020 году
Это не первая квантовая модель компании. В прошлом году она также представила настольное двухкубитное устройство, которое имело две важных особенности: цену в $50 тыс. и большой вес, достигавший 55 кг. По этой причине учебные заведения Канады, Китая и Тайваня не слишком активно приобретали квантовые системы SpinQ Gemini. Зато их заинтересовали поставки доработанного компьютера, который стал легче и дешевле. Начало поставок новинки ожидается в четвёртом квартале 2021 года.
Как работает «учебный» квантовый компьютер
Работа компьютера базируется на технологии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Это хорошо известная учёным технология, которая используется в химической промышленности, при изучении структуры вещества. Также её применяют и в медицине (МРТ). Упрощённо принцип действия следующий: при облучении радиочастотным излучением определённых веществ меняется направление спинов атомов вещества, и эти изменения можно увидеть.
То есть мы получаем возможность управлять спинами атомов в молекулах и вынуждать соседние атомы взаимодействовать друг с другом (быть связанными). Изменение спина атомов (что эквивалентно изменению 0 на 1) и взаимодействие спинов соседних атомов, позволяет имитировать математические операции, и получать результат.
Для управления спинами система SpinQ подключается к обычному компьютеру, который интерпретирует математический алгоритм в квантовый и возвращает результат взаимодействия кубитов.
Рабочим веществом квантовой системы SpinQ является диметилфосфит — тетраэдрическая молекула, состоящая из одного атома фосфора, одного атома водорода, кислорода и двух групп CH3O. При комнатной температуре диметилфосфит принимает форму бесцветной жидкости.
Разработчики в Shenzhen SpinQ Technology называют диметилфосфит идеальным веществом для небольших квантовых компьютеров. В нём атомы фосфора и водорода связаны друг с другом и достаточно близки для взаимодействия, но ими можно управлять и независимо друг от друга.
Несколько капель этой жидкости помещены в небольшую герметичную колбу. Вокруг располагаются магниты, создающие магнитное поле силой до 1 тесла. Здесь же имеется и второе магнитное кольцо, предназначенное для корректировки магнитного поля, создаваемого первым кольцом.
Для квантовых вычислений магнитное поле должно быть очень равномерным. Для выполнения этого условия команда использовала метод, называемый «шиммингом» (shimming), который генерирует другое магнитное поле, способное нейтрализовать любые неоднородности в более сильном поле.
В отличие от старых квантовых компьютеров, в SpinQ не используются сверхпроводящие магниты, поскольку для отвода от них тепла пришлось бы строить гигантскую систему охлаждения. Именно отказ от сверхпроводящих электромагнитов и охлаждения позволил создать компактную квантовую систему, которая пусть и не слишком мощная, но вполне способна выполнять ряд типичных квантовых вычислений. Например, SpinQ способен работать с алгоритмом Гровера, который умеет выполнять поиск данных быстрее, чем классические алгоритмы.
Что в планах у создателей настольного квантового компьютера?
Поставки устройства, как мы уже сказали, запланированы на конец 2021 года. Одновременно с этим уже ведётся работа над системами, способными обрабатывать 3 или даже 4 кубита. Стартап не планирует сражаться на рынке сверхмощных вычислительных устройств с Google, IBM, Microsoft. На рынке квантовых компьютеров компания заняла свою нишу, образовательную. И намерены развиваться в ней. По мнению представителей Shenzhen SpinQ Technology, недорогие портативные квантовые компьютеры облегчат практический опыт обучения квантовым вычислениям на всех уровнях.
Что ещё интересного есть в блоге Cloud4Y
Подписывайтесь на наш Telegram-канал, чтобы не пропустить очередную статью. Пишем не чаще двух раз в неделю и только по делу.
Intel и AMD больше не нужны. Выпущены домашние квантовые ПК дешевле Lada Granta
Китайский стартап создал три квантовых компьютера – два размером с системный блок и один, своими очень напоминающий обычный принтер. Базовая модель стоит в пределах 590 тыс. руб., что почти на 100 тыс. дешевле самой базовой Lada Granta. Она умеет работать с двумя кубитами, а старшая оперирует уже тремя. Разработчики смогли уменьшить компьютеры до столь компактных размеров за счет применения постоянных магнитов и явления ядерного магнитного резонанса.
Квантовый компьютер для домашнего использования
Китайская компания SpinQ Technology выпустила три модели квантовых компьютеров, которые не только не занимают половину обычной двухкомнатной квартиры, но еще и стоят дешевле самого доступного автомобиля семейства Lada. Как пишет портал PC Watch, цены на компьютеры начинаются приблизительно с $8900 или 590,5 тыс. руб. по курсу ЦБ на 20 декабря 2022 г. Для сравнения, машина Lada Granta, та самая, которая без подушек безопасности и других обязательных к наличию в современном автомобиле функций, стоит более 678 тыс. руб. в базовой комплектации.
За 590,5 тыс. руб. SpinQ Technology предлагает квантовый компьютер Gemini Mini. Он позиционируется модель как базовое решение для ознакомления с тонкостями квантовых вычислений. По задумке разработчиков, компьютер предназначен для размещения в учебных заведениях, однако стоит он дешевле многих топовых ПК на базе обычных кремниевых процессоров и с обычной ОС Windows, а иногда и вовсе без нее.
Компьютер Gemini Mini умещается в корпусе размерами 200х350х260 мм и весит в пределах 14 кг. Он тяжелее большинства обычных системных блоков современности, но в то же время значительно компактнее и экономичнее – он потребляет лишь 60 Вт энергии, подключаясь к обычной электросети с напряжением 100-240 В.
По умолчанию Gemini Mini способен оперировать лишь двумя кубитами. Но, как пишет PC Watch, в него интегрирован симулятор восьми кубитов, по всей видимости, тоже для образовательных целей. В стоимость входит встроенный дисплей.
В восемь раз дороже
Следующая новинка SpinQ Technology, готовая к конвейеру, известна под названием Gemini (без приставки Mini). Строго говоря, именно новым этот квантовый компьютер назвать нельзя – разработчики впервые показали его еще в феврале 2021 г., но на тот момент о сколько-нибудь массовом производстве речи не было.
Вполне может оказаться, что выпустить Gemini два года назад разработчики не смогли из-за слишком низкой цены, установленной на этот компьютер. Как сообщал CNews, первоначально они просили за него $5000 или в пределах 331,8 тыс. руб., но в итоге его цена выросла более чем в восемь раз
Сейчас Gemini оценивается приблизительно в $43 тыс. (2,853 млн руб.) при этом ни о каком восьмикратном росте производительности никто не говорит – это все те же два кубита, как и двумя годами ранее.
Стремительное удорожание Gemini разработчики никак не комментируют. Компьютер не изменился ни внешне, ни внутренне – как и Gemini Mini, это тоже настольное решение, размеры которого составляют 600х280х530 мм. Весит компьютер 44 кг, потребляет 100 Вт энергии и подключается к обычной розетке.
Три лучше двух
Третье творение SpinQ Technology носит название Triangulum («Треугольник») и визуально лишь едва отличается от Gemini. Цена его составляет в районе $58 тыс. (3,85 млн руб.).
Разница в стоимости по сравнению с Gemini при условно одинаковом дизайне корпуса и размерах (610х330х550 мм) обусловлена способностью оперировать тремя кубитами. На это указывает и название компьютера.
За счет этого, по всей вероятности, Triangulum потребляет больше энергии, 330 Вт, но по-прежнему работает от стандартной розетки. При этом он легче Gemini – 40 кг вместо 44.
Внутреннее исполнение
Все три квантовых компьютера китайского стартапа основываются на явлении ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Она широко используется, например, в химии для изучения структуры вещества, а также в медицине для проведения неинвазивного исследования внутренних органов пациентов.
Идея SpinQ Technology построить свои компьютеры на базе этой технологии самой компании не принадлежит. Именно ЯМР лежал в основе первых квантовых компьютеров, построенных 30 лет назад.
Как работают Gemini Mini и Triangulum, компания не раскрывает, но вот внутреннее убранство модели Gemini было известно еще два года назад. Судя по тому, что весь секрет компактности Gemini кроется именно во внутренней конструкции, аналогичный принцип она применила и в двух других моделях.
Итак, рабочее вещество внутри Gemini – это диметилфосфит (dimethylphosphite). Оно представляет собой тетраэдрическую молекулу, в состав которой входят по одному атому фосфора, водорода кислорода, а также две группы CH3O. При комнатной температуре это вещество принимает форму бесцветной жидкости.
Эксперты издания Discover Magazine считают, что диметилфосфит – это оптимальное вещество для компактных квантовых компьютеров, потому что атомы фосфора и водорода связаны друг с другом и достаточно близки, чтобы взаимодействовать, плюс ими также можно управлять независимо друг от друга.
В Gemini несколько капель диметилфосфита в жидком виде помещены в небольшую герметичную емкость, которая находится в центре магнитного поля. Это поле силой до 1 тесла генерируют постоянные магниты. Также в компьютере применяется так называемый «шимминг» – метод, при котором внутри компьютера создается дополнительное небольшое магнитное поле для нейтрализации любых неоднородностей в более сильном поле.
Постоянные магниты и диметилфосфит – это две ключевые составляющие миниатюрности китайских настольных квантовых компьютеров. Для примера, в устройствах 30-летней давности на базе диметилфосфита ученые применяли сверхпроводящие магниты, в результате чего им пришлось городить гигантскую систему охлаждения для отвода от них тепла. О компактности при такой конструкции можно было лишь мечтать.
Революция в ИТ: как устроен квантовый компьютер и зачем он нужен
Квантовые компьютеры в разы превосходят обычные. IBM, Microsoft и Google уже внедряют их для решения узких задач в лабораториях и даже разрабатывают машины для коммерческого использования. В чем же их особенность? На простых примерах рассказываем, как работает квантовый компьютер и в чем его отличие от обычного.
Кубиты и суперпозиция, или почему обычных компьютеров уже недостаточно
Считывать, записывать, хранить и обрабатывать информацию — главное, для чего нужен обычный компьютер. Работа на нем связана с двумя важными параметрами — общей памятью и скоростью выполнения операций. Для представления информации такие машины используют биты.
Бит — единица информации, которая принимает определенное значение, 1 или 0. Определенное — ключевое слово. Мы точно знаем, в каком значении находится бит. Представьте переключатель света — он либо включен, либо выключен. Мы можем это увидеть по горящей лампочке. Так же и с битами.
Внутри компьютера это устроено так:
- на материнской плате находится миллион транзисторов — полупроводников, которые нужны для управления электрическим током;
- каждый из транзисторов либо закрыт (позиция 0), либо открыт (позиция 1) и пропускает ток, при этом электроны пробегают по транзистору со скоростью, близкой к скорости света;
- пока транзистор включается и выключается, компьютер может производить вычисления — любая информация представляется в виде чисел, благодаря переключению с позиции 0 на 1 и наоборот.
Квантовый компьютер подчиняется другим законам. И тут важны два понятия:
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, в котором используются явления квантовой механики для обработки данных.
1. Вероятность
Классическая механика основана на детерминизме: транзистор либо включен, либо нет, кран или закрыт, или открыт. В квантовой механике во главе угла вероятность. Вопрос «Свет включен?» некорректный в этой области физики, ведь на него не будет ответа, правильно — «Какова вероятность, что свет включен?».
Все знают про мысленный эксперимент физика-теоретика Эрвина Шредингера. Правда, мы слишком любим котиков, поэтому лучше покажем мем с тарелками.
В ходе эксперимента Шредингера возникает суперпозиция
Тарелки Шредингера одновременно находятся в двух состояниях — мы не знаем, какие из них разобьются, а какие останутся целы. Зато можем предсказать это, основываясь на траектории их падения, циркуляции воздуха в помещении и скорости открытия дверцы. То есть можем математически подсчитать вероятность того, что они разобьются. Своеобразное математическое гадание.
2. Суперпозиция
Вместо битов квантовый компьютер использует кубиты — это частица, которая может находиться в позиции 1, 0, между ними, а также одновременно во всех возможных состояниях… с какой-то вероятностью. Нахождение в любой из комбинаций называется суперпозицией.
Кубит может принять значение любого из квадратов в сфере, а бит — только 1 или 0
И вот тут-то загвоздка — значение этой частицы зависит от многих факторов, в том числе и измерения. Мы не знаем точно, в каком именно состоянии находится кубит, пока не решим его измерить. Запутано, правда? Именно поэтому квантовую механику понимают не все ��
Суперпозиция ускоряет работу алгоритмов. Благодаря кубитам со сложными задачами, на решение которых даже суперкомьютеру нужны недели, квантовый справится за считанные минуты.
Какие задачи может решать квантовый компьютер
Кубиты помогают быстро обрабатывать данные, поэтому их применение почти безгранично:
Медицина
Квантовые технологии уже применяют для ускоренной разработки, тестирования лекарств и диагностики некоторых заболеваний на ранней стадии. Например, FAR Biotech исследует биоактивные молекулы и белки и новые структурные классы, которые невозможно было бы обнаружить без мощных квантовых компьютеров. Свои исследования компания направляет на борьбу с онкозаболеваниями.
В теории в будущем квантовые вычисления откроют новые горизонты в генной инженерии, помогут создавать новые лекарства и моделировать ДНК.
Прогнозирование
От финансового сектора до прогноза погоды — кубиты просчитывают множество переменных в разы быстрее, чем обычные компьютеры. Это значит, что прогнозы станут точнее, можно будет определить скорость ветра, температуру, влажность, движение облачных масс за секунды.
Криптография
В 1994 году Питер Шор разработал квантовый алгоритм разложения числа на простые множители. В теории с его помощью компьютеры смогут взломать любые шифры — это прорыв в области криптографии и одновременно большой риск.
Любые пароли, если технологию используют злоумышленники, не будут иметь значения — машина получит доступ к любой кредитке, разложив число на два простых множителя. Но для взлома понадобятся мощности, которых пока квантовые компьютеры не достигли.
В ближайшие десятилетия, чтобы обеспечить конфиденциальность, ученым придется придумать новые методы шифрования и квантовой криптографии.
Искусственный интеллект
Volkswagen применяет квантовые компьютеры для разработки беспилотных автомобилей на основе искусственного интеллекта, а Сбер вместе с другими технологичными компаниями будут развивать квантовые технологии для вычислений в ИИ, которые пригодятся в медицине, финансовой сфере, обработке данных и прогнозировании.
Квантовые компьютеры в России и мире: какие модели уже есть и в чем проблема широкого применения
Первый работающий экспериментальный компьютер протестировали в 2001 году — им стал 7-битный образец компании IBM. С тех пор началась квантовая гонка и борьба за квантовое превосходство.
Квантовое превосходство — способность квантовых компьютеров решать задачи, на которые у обычных уйдут годы.
Самый мощный квантовый компьютер в России пока содержит 16 кубитов. Разработка есть на различных платформах, в том числе на ионном процессоре. С помощью машины запущен алгоритм моделирования молекулы. К 2024 году российские ученые планируют увеличить число кубитов в отечественных ЭВМ до 50-100. На разработку выделили 24 млрд рублей.
А в Китае стартап Shenzhen SpinQ Technology разработал, пожалуй, самый доступный квантовый компьютер для школ и колледжей. Его цена — $5 000, а по размеру он чуть больше обычного системного блока. Первые образцы китайского квантового компьютера отправились в Тайвань и Гонконг.
В гонку стран включился даже Иран, правда, неудачно — в сети появилась новость об их удивительном квантовом компьютере. Но пользователей в интернете не так просто обмануть — подвох нашли быстро. Иранская разработка оказалась обычным процессором.
Сейчас квантовые машины используют в основном в лабораториях — им нужны особые условия. Это не ПК и не ноутбук, который можно легко взять с собой в дорогу — компьютер на кубитах по размеру больше холодильника. Суть в том, что чем больше кубитов, тем более неустойчивой становится система. Ее нужно охлаждать до нуля по Кельвину, а это -273° по Цельсию. Пока самый успешный концепт холодильника для квантовых компьютеров представила D-Wave.
Еще одна проблема — высокая стоимость. Купить квантовый компьютер могут лишь крупные компании и научные лаборатории, где цена будет оправдана. Но пока вычислительные машины на кубитах не настолько превосходят обычные ЭВМ и подходят лишь для определенного рода задач. Впрочем, в ближайшее десятилетие ученые панируют это изменить.
Самый мощный квантовый компьютер для коммерческого использования на сегодня содержит 5 000 кубитов. Это разработка немецкого исследовательского центра на базе канадской системы D-Wave, Advantage, так назвали машину. Ее возможности можно протестировать — вычисления доступны через облако.
Пока возможности квантового компьютера ограничены — разработки находятся на первой стадии развития. Но облачные решения определенно ускорят внедрение квантовых технологий.
А если вы ищете надежный хостинг для любых задач и вычислений, попробуйте Рег.облако — аренда сервера позволяет масштабировать ресурсы и оплачивать их по мере использования. Сейчас в Рег.облако доступны базовые, высокочастотные серверы и снэпшоты на разных панелях управления для продвинутых и начинающих пользователей.