Будущее быстрее, чем вы думаете - Стивен Котлер

Суперпозиция означает вычислительную мощность. Огромную вычислительную мощность. Классическому компьютеру для решения сложной задачи требуется проделать тысячи шагов, а квантовый компьютер решит эту же задачу всего за два или три шага. Чтобы было понятнее: IBM-овский суперкомпьютер Deep Blue [73 - Harding L. , Barden L. Deep Blue Win a Giant Step for Computerkind // Guardian, May 12, 2011. ], который обыграл чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова, за секунду анализировал 200 млн возможных ходов. Вот какая огромная вычислительная супермощь заключена внутри той белой трубы.

Принадлежит труба компании Rigetti Computing – ей шесть лет, и она угодила в пекло интереснейшей из разворачивающихся в технологической сфере эпических битв на сюжет «Давид против Голиафа». Сейчас главными соперниками в погоне за «квантовым превосходством» – иными словами, первенством в создании квантового компьютера, способного решать задачи, которые не по зубам классическим машинам, – выступают технологические гиганты Google, IBM и Microsoft, блестящие академические умы из Оксфорда и Йеля, правительства Китая и США. Да, и вышеупомянутая Rigetti.

Компания приступила к работе в 2013 г. В то время физик Чед Ригетти решил, что час квантовых компьютеров пробьет куда скорее, чем думают многие, и пожелал стать тем, кто доведет эту технологию до ума. И он оставил теплое место квантового физика в IBM, привлек инвестиционные средства более чем на 119 млн долл. и сконструировал трубу, поддерживающую самую низкую в истории температуру. Теперь, спустя полсотни патентных заявок, Ригетти производит квантовые интегральные схемы для облачных квантовых компьютеров. И он прав – эта технология действительно решает одну очень крупную проблему: конец действия закона Мура.

В двух следующих главах мы изучим девять экспоненциальных технологий, которые уже начинают конвергировать. Все они подчиняются закону Мура – продолжающейся уже 60 лет волне роста вычислительной мощности. Производительность транзисторных процессоров [74 - Бриньолфсон Э. , Макафи Э. Вторая эра машин. Работа, прогресс и процветание в эпоху новейших технологий. М.: АСТ, 2017. ] – а ею измеряется величина этой волны – обычно вычисляют во флопсах (FLOPS), количестве операций с плавающей запятой в секунду [75 - Числа с плавающей запятой – способ представления чисел в компьютере, когда на запись выделяется фиксированное число разрядов (мантисса), а затем в этой записи определяется место для запятой, которая отделяет целую часть от дробной (порядок). Так, числа 1234, 5 и 1, 2345 имеют одинаковую мантиссу, но разный порядок. Операции с плавающей запятой – это арифметические операции, которые выполняет процессор с такими числами. Прим. науч. ред. ]. В 1956 г. наши компьютеры были способны на десять тысяч флопсов в секунду. В 2015 г. производительность компьютеров достигла одного квадриллиона (10

) флопсов. Этот прогресс в триллион раз и стал важнейшей силой, двигавшей вперед технологию.

Однако в последние несколько лет закон Мура замедлялся [76 - Eeckhout L. Is Moore’s Law Slowing Down? What Next? IEEE Micro. Vol. 37. No. 4. Pp. 4–5. ]. Все упирается в физику. Совершенствование интегральных схем шло по пути сокращения расстояния между соседними транзисторами, что позволяло чем дальше, тем больше натолкать их в микросхему. В 1971 г. расстояние между транзисторами составляло 10 тыс. нанометров. К 2000 г. оно сократилось где-то до сотни нанометров. Сегодня его удалось сократить до пяти, и вот тут-то начались трудности [77 - 10 тыс. нанометров – это техпроцесс начала 1970-х гг. Техпроцесс – то, с какой точностью можно напечатать на плате то, что спроектировано. При описанной точности техпроцесса расстояние между процессорами, скорее всего, было больше. Например, в процессорах Intel уже в 2000-х гг. при 14-нанометровом процессоре расстояния между транзисторами составляли 70 нанометров. Прим. науч. ред. ]. При таких микроскопических масштабах – а это уже молекулярный уровень – число задействованных в переносе тока электронов сокращается, и эти полупроводниковые элементы начинают ощущать влияние квантования проводимости, что разрушает их вычислительную способность. Это ставит жесткий физический предел увеличению числа транзисторов, и это лебединая песня закона Мура.

А может, и нет.

«Закон Мура был не первой [78 - Kurzweil, Law of Accelerating Returns. ], а только пятой по счету парадигмой, ускорявшей рост соотношения цена/производительность, – пишет в книге “Закон ускоряющейся отдачи” [79 - В сети есть неизданные переводы на русский язык. Прим. ред. ] Рэймонд Курцвейл. – Мощность вычислительных устройств (в единицу времени) постоянно умножалась, начиная с механических счетных устройств, применявшихся при переписи населения США 1890 года; потом была дешифровочная машина Robinson Алана Тьюринга, взломавшая секретные коды нацистской Enigma, затем – ламповая вычислительная машина CBS, предсказавшая избрание Эйзенхауэра в президенты США, далее – компьютеры на основе транзисторов, использовавшиеся для первых космических запусков, а потом дошло и до персональных компьютеров на интегральных микросхемах, на один из которых я сейчас надиктовываю этот свой очерк».

Курцвейл отмечает, что всякий раз, когда экспоненциальная технология исчерпывает свою полезность, на смену ей приходит другая. Так дело обстоит и с транзисторами. Сейчас выдвинуто уже с полдюжины решений, предотвращающих конец закона Мура. Исследуются альтернативные способы применения материалов, например замена кремниевых микросхем карбоновыми нанотрубками, что ускорит переключения и улучшит рассеяние тепла. Тестируются и новаторские конструкторские решения, в том числе трехмерные интегральные схемы, которые за счет компактной упаковки увеличивают площадь поверхности для размещения транзисторов. Разработаны и специализированные микросхемы – при ограниченной функциональности быстродействие у них фантастическое. Или взять разработанный компанией Apple в 2018 году процессор А12 Bionic [80 - См. : apple. com/iphone-xs/a12-bionic/ (http: //apple. com/iphone-xs/a12-bionic/). ]: он не только управляет ИИ-приложениями, но и проделывает это с молниеносной скоростью девять триллионов операций в секунду.

Но все это бледнеет в сравнении с квантовыми вычислениями.

В 2002 г. учредитель D-Wave, одной из самых первых компаний, взявшихся создавать квантовые компьютеры, Джорди Роуз выдвинул квантовую версию закона Мура, получившую название закона Роуза [81 - Тим Феррисс отлично поработал, полно описав и саму идею, и историю ее появления, см. : tim. blog/2018/05/31/steve-jurvetson/ (http: //tim. blog/2018/05/31/steve-jurvetson/). ]. Логика та же, что и у закона Мура: число кубитов в квантовом компьютере каждый год удваивается. Однако закон Роуза характеризуют как «закон Мура на стероидах», поскольку кубиты в суперпозиции обладают намного большей производительностью, чем двоичные биты в транзисторах.

По этой причине у нас не может быть четкого представления о том, какие инновации возникнут, когда квантовые вычисления достигнут уровня технологической зрелости. Но исходя из того, что мы знаем, перспективы завораживающие. Физика и химия, как известно, представляют собой квантовые процессы, и значит, вычисления на кубитах провозгласят для нас, выражаясь словами физика Саймона Бенджамина из Оксфордского университета [82 - Из выступления Саймона Бенджамина в школе Оксфорд-Мартин в феврале 2016 г. , подробнее см. : www. oxfordmartin. ox. ac. uk/videos/the-dawn-of-quantum-technology-with-prof-simon-benjamin/ (https: //www. oxfordmartin. ox. ac. uk/videos/the-dawn-of-quantum-technology-with-prof-simon-benjamin/). ], «золотой век открытия новых материалов, химических соединений и лекарственных препаратов». Квантовые вычисления расширят также возможности искусственного интеллекта, введут новые представления о кибербезопасности и обеспечат имитационное моделирование систем невероятной сложности.