Квантовые компьютеры нуждаются в классических вычислениях, чтобы быть по-настоящему полезными

Жизненно важным ингредиентом для того, чтобы сделать квантовые компьютеры действительно полезными, могут стать обычные компьютеры. Таково было послание группы исследователей в этом месяце, которое объяснило, что классические компьютеры жизненно важны для управления квантовыми компьютерами, расшифровки результатов их вычислений и даже разработки новых методов производства квантовых компьютеров в будущем.

Квантовые компьютеры состоят из кубитов — квантовых объектов, которые могут иметь форму чрезвычайно холодных атомов или крошечных сверхпроводящих цепей. Чем больше кубитов имеет квантовый компьютер, тем более мощный в вычислительном отношении оно получает.

Но кубиты хрупкие, поэтому их необходимо тщательно калибровать, отслеживать и контролировать. В противном случае они могут внести ошибки в расчеты, выполняемые на квантовом компьютере, или сделать эти устройства неэффективными. Чтобы управлять кубитами, исследователи обращаются к классическим вычислительным технологиям, которые они обсуждали на Конференция AQC25 в Бостоне, Массачусетс, 14 ноября.

Организатор: Квантовые машиныкоторая производит контроллеры для нескольких различных типов кубитов, конференция AQC25 собрала более 150 исследователей, от профессоров квантовых вычислений до руководителей стартапов в области искусственного интеллекта. В нескольких десятках презентаций они подробно остановились на роли традиционных вычислений как технологии, обеспечивающей возможность – а иногда и ограничивающего фактора – для будущего квантовых вычислений.

В соответствии с Шейн Колдуэллученый из Nvidia, ожидает, что отказоустойчивый квантовый компьютер для решения полезных задач станет возможным только в том случае, если он будет поддерживаться классической вычислительной инфраструктурой в петамасштабе — масштабе, в котором в настоящее время работают самые мощные традиционные суперкомпьютеры в мире. Хотя Nvidia не производит собственное оборудование для квантовых вычислений, недавно компания запустила систему для соединения процессоров квантовых вычислений (QPU) с традиционными графическими процессорами — специализированными компьютерными компонентами, которые обычно используются в машинном обучении и высокопроизводительных научных вычислениях.

Даже когда квантовый компьютер работает эффективно, его выходные данные представляют собой набор квантовых свойств его кубитов. Чтобы они стали полезными, их необходимо декодировать в более традиционные форматы – опять же, для этого требуются классические вычислительные устройства.

Пуя Рона Стартап 1Qbit из Ванкувера рассказал об этом декодировании и о том, как это означает, что скорость отказоустойчивых квантовых компьютеров будет определяться скоростью работы их классических компонентов, таких как контроллеры и декодеры. Другими словами, вопрос о том, должна ли дорогая машина, изготовленная на основе узкоспециализированного квантового оборудования, работать несколько дней или несколько часов для решения вычислительной задачи, может зависеть от ее неквантовых частей.

В другой презентации Бенджамин Линхард в Институте исследований низких температур Вальтера-Мейсснера в Германии обсудили, как использование традиционных алгоритмов машинного обучения может сделать считывание квантовых состояний сверхпроводящих кубитов более эффективным. Сходным образом, Марк Саффман в Университете Висконсин-Мэдисон сообщили об с использованием классических нейронных сетей улучшить считывание кубитов, состоящих из чрезвычайно холодных атомов. Независимо от типа кубита, который они изучают, исследователи согласились, что неквантовые устройства помогут этим кубитам стать полезными.

IBM Блейк Джонсон представил подробности классического вычислительного декодера, который его команда разрабатывает в рамках планов по созданию квантовый суперкомпьютер к 2029 году. Этот суперкомпьютер будет использовать нетрадиционную схема исправления ошибоки эффективное декодирование является одной из самых больших проблем.

«Со временем мы видим, что более классические [computing] мы приблизимся к QPU, тем больше мы сможем довести интегрированную производительность системы до новых пределов», — сказал Йонатан Коэн в «Квантовых машинах».

Традиционные компьютеры даже играют роль в оценке поведения будущих квантовых компьютеров и того, как они будут построены. Например, Izhar Medalsy В стартапе Quantum Elements заявили, что виртуальные версии квантовых компьютеров на базе искусственного интеллекта — или «цифровые двойники» — квантовых компьютеров могут служить основой для реального проектирования аппаратного обеспечения.

Альянс квантового масштабированияпод руководством Лауреат Нобелевской премии 2025 года Джон Мартинистакже был представлен на конференции. Это иллюстрирует важность совместной работы квантовой и классической теории. Альянс объединяет производителей кубитов, традиционные компьютерные компании, такие как Hewlett Packard Enterprise, и экспертов по моделированию материалов, таких как компания-разработчик программного обеспечения Synopsys.

Консенсусная точка зрения на конференции была ясна: будущее квантовых вычислений быстро приближается, но отчасти это благодаря экспертам, которые всю свою карьеру прочно работали в классическом мире.