У лабораторії на західному краї Парижа, де річка Сена розливається, а трамваї гальмують повз скляних будівель і цвітучих вишень, технік на ім’я Ремі вносить деякі налаштування за допомогою ключа.
Прилад, як каскада золотих та сріблястих циліндрів, що спускаються через хмари проводів, є кріостатом – пристроєм, що охолоджує настільки, що уповільнює навіть молекулярну активність.
Мінус 273 градуси Цельсія в циліндрі внизу. Температура, при якій навіть найменші частинки залишаються нерухомими. Ізоляція від зовнішнього світу є абсолютною.
У цьому циліндрі поміщено невелику скриньку, знову ж таки, золотого і сріблястого кольорів, всередині якої вставлено чіп.
Цей чіп – ще одна, менша коробка, всередині якої відбувається феномен, виявлений Альбертом Ейнштейном та іншими фізиками, що, здавалося б, суперечить механіці нашого світу: квантовий стрибок, коли частинки змінюють енергетичні рівні у способах, що є передбачуваними, відтворюваними та, очевидно, неможливими.
Навколо нас є кілька вертикальних циліндрів, подібних до різного розміру бойлерів. Всі вони містять кріостати, подібні до того, з яким працює Ремі. І ці прилади мають ще одну назву. Вони є квантовими комп’ютерами.
Це французька компанія квантових комп’ютерів Alice & Bob. Протягом найближчих місяців вона також відкриє велику нову установу на північ від Парижа вартістю 50 мільйонів доларів (37 мільйонів фунтів), з тестовим і виробничим приміщенням для випробування більших машин і чистою кімнатою, де буде виготовляти власні чіпи.
Здається, що Alice & Bob звучать як компанія по виробництву морозива, але команда з 200 осіб, що складається в основному з молоді від 20 до 30 років, що метушиться навколо цього стартапу, займається серйозною наукою, та вже незабаром, за словами співзасновника та CEO Тьо Перонніна, буде займатися серйозним бізнесом.
«Фізики раніше сумнівалися, що можна скористатися дивною поведінкою частинок у квантовій механіці. Тепер вони цього не роблять.
Тепер ми знаємо, що вони працюють, і через кілька років ми отримаємо надійні квантові комп’ютери, які зможемо підключити до суперкомп’ютерів у датацентрах, щоб стрімко збільшити їхню обчислювальну потужність», – говорить Пероннін.
«Справа не в тому, щоб бути швидшим. Розмова йде про те, щоб бути настільки швидким, що це змінює те, що можливо. Ми зможемо вирішувати проблеми, які абсолютно непосильні для класичних комп’ютерів», – зазначає він.
Наприклад? «Це зробить медицину точною наукою.» Він лише наполовину жартує. «На даний момент розробка нових ліків в основному є питанням проб і помилок.»
Із квантовими комп’ютерами буде можливість виконувати масивні обчислення, щоб дізнатися, як різні молекули реагують одна з одною, щоб зрозуміти, що працює і з якими побічними ефектами.
Отже, на компанію, яка вперше створить надійний квантовий комп’ютер в масштабах, потенційно чекає величезний приз. Це буде «все або нічого», як це було в класичних комп’ютерах з IBM, прогнозує Пероннін. А він вважає, що є шанси, що його або інша французька компанія буде цим переможцем.
Найбільшою перешкодою в квантових обчисленнях є крихкість, що призводить до помилок.
Конвенційні комп’ютери використовують електрику в кремнієвих чіпах для виконання розрахунків.
У квантових комп’ютерах це робиться з кюбітами, де в кожному кюбіті маніпулюються квантові властивості окремого електрона або фотона.
Основним викликом для дослідників є те, що кюбіти втрачають свої крихкі квантові стани (декогерують) через шум із повсякденного світу.
Більшість підходів бореться з цим шляхом величезної надмірності, пояснює Пероннін: тисячі фізичних кюбітів на один «логічний», використовуючи те, що він називає «голосуванням більшості» для виправлення помилок. Винагорода за це є вражаючим масштабу і вартості.
Alice & Bob застосували інший підхід. Їх «котячі кюбіти» (названі на честь кота Шредінгера) спроектовані так, щоб автономно виправляти деякі помилки.
«Це вбудовано за дизайном», – говорить Пероннін. «Ми вигадали спосіб безперервно компенсувати втрати.»
Це в теорії означатиме, що процес складності та витрати будуть надзвичайно зменшені в порівнянні з їхніми конкурентами з великою кількістю надмірності.
Пероннін зазначає, що великі гравці переходять до подібних ідей: Google придбав Atlantic Quantum, а інші переслідують родин квантових кюбітів. Alice & Bob зараз стоять «пліч-о-пліч» з американськими конкурентами, каже Пероннін.
Вони є одним з «національних чемпіонів» Франції в рамках програми PROQCIMA, урядової ініціативи по розробці корисного квантового комп’ютера.
І у Франції є набагато більше, ніж Alice & Bob. Насправді, її компанії представляють повний спектр типів кюбітів – всі маршрути, які фізики сподіваються, приведуть до першого надійного та надпотужного квантового комп’ютера.
«Якщо ви поглянете на світ квантових обчислень у Франції, на сьогодні у нас є шість компаній, а ще дві створюються», – каже Олівер Езратті, академік, чий 1500-сторінковий компілятор Understanding Quantum Technologies є популярним безкоштовним скачуванням в інтернеті.
Він додає, що є чотири інші «важливі» французькі компанії в сфері квантових обчислень: Pasqal, Quandela, Quobly та C12.
Езратті зазначає, що у них є одна спільна перевага. «Більшість з них знаходяться у дуже вигідному становищі щодо вартості машини та енергетичних витрат», – каже він.
В інших країнах Європи найбільшим гравцем є фінська компанія IQM, яка оголосила в лютому, що стане першою європейською квантовою компанією на біржі.
У Великій Британії є двоє значних гравців: Oxford Quantum Circuits (OQM) та творці квантових операційних систем Riverlane.
IQM і Pasqal вже мають квантові комп’ютери, які сприяють установкам високопродуктивних обчислень (HPC) по всій Європі.
Деякі французькі фірми вже мають квантові комп’ютери на підприємствах, таких як компанія з виробництва промислових товарів Air Liquide. Незабаром так буде і з Alice & Bob.
Їхні машини ще не готові виконати обіцянки квантових обчислень.
Але виведення їх у широкий світ означає, що спільнота спеціалістів може бути підготовлена, яка буде готова використовувати реальні технології, коли це станеться.
«На даний момент, машина, яка у нас є, не потужніша, ніж ваш телефон», – говорить Пероннін. «Ми знаходимося на плоскому етапі експоненційної кривої.»
У гонці за квантовими технологіями Франція має кілька сильних переваг.
Вона має деякі з найкращих фізичних навчань у світі у таких школах, як École Polytechnique та École Normale Supérieure.
«За останні кілька років три Нобелівські премії були присуджені французьким фізикам!» – зазначає Пероннін. Це критично важливо, каже він, оскільки це дивним чином вирівнює поле бою.
«В кінцевому підсумку, це математичний виклик. Немає жодної несправедливої переваги від спадкових технологій, таких як класичні обчислення, тому немає причин бути скромними.»
Основним викликом, каже Пероннін, є збори капіталу. «Але Європа, безсумнівно, не бідна, і це технологічна можливість для Європи перевернути дані на свою вигоду та мати економічно провідних гравців», – говорить він.
Є тверде відчуття, що поки Європа запізнилася в багатьох технологічних революціях останніх років, принаймні, коли мова йде про перехід від досліджень до промислової стадії, цього разу все може бути по-іншому.
«У нас є все, щоб перемогти. Головне – це вірити в себе. Ми завжди, як французи, трохи насміхаємось із надмірної впевненості американців, але тут нам слід бути більш оптимістичними. Інакше нічого не відбудеться, а це було б насправді шкода, адже зараз ми в набагато кращій позиції, ніж будь-хто міг би подумати.»
