Днес при нас изнесе семинар един колега – Луиджи Иапичино – който се занимава с квантови компютри.

Кубит – основна изчислителна единица за квантовите компютри, аналог на бит в класическите компютри. Кубитите са реализирани върху квантова система с две нива. Обаче, понеже е квантова, такава система е вероятностна и позволява суперпозиция/наслагане на нивата на различните кубити в квантовия компютър.
Повечето съществуващи системи работят с десетки до стотици кубити.
Има три хардуерни реализации на кубитите: на основата на свръх проводници, на основата на йони, и от скоро – на основата на неутрални атоми.

Квантовите компютри могат да помогнат много за:
- факторизация – това е в криптологията, разбиване на кодове, както може да си представи човек; то е бавно заради огромния брой комбинации, които имат сложните кодове;
- неструктурирано търсене – понеже също е много скъпо в изчислителен смисъл.

Практически приложения:
- квантови симулации на квантови системи, например в химията; в астрономията – квантова гравитация и черни дупки; пример Capelli et al. (2023; https://arxiv.org/abs/2307.06032). Там се решават диференциални уравнение и вместо дискретизация, авторите използват вероятностни методи.
- квантова оптимизация: главно в индустрията, където има много оптимизационни проблеми, например транспортните задачи; в астрономията – обработка на изображения, компресиране
- квантово машинно обучение; в астрономията – детектиране на избухвания в рентгеновата област и радио диапазона; пример – Farsian et al. (2025) за рентгенови избухвания (https://arxiv.org/abs/2501.17041). Техният алгоритъм има предимство пред класическите при малки извадки за тренировка на алгоритъма (т.нар. training samples).
- квантови линейни системи; в астрономията – динамика на флуидите

Технологични предизвикателства пред съвременните квантови компютри:
- малкият брои кубити (10-100) води до „шум“ в системата и нужда от въвеждане на корекция на грешки;
- късо кохерентно време 100 микросек – 1 сек, което не позволява дълги латентни времена, т.е. дълго изчакване за комуникация между различните части на компютъра;
- трудно е да се въведат данни в системата и да се прочетат резултатите от квантовия компютър – броят битове, които може да се въведат или да се прочетат е равен на брой на кубитите в компютъра;
- трудно е да се създадат големи системи, защото те имат склонност да губят по-бързо кохерентност; нужна е физична интеграция между квантовия компютър и класическия компютър/интерфейс; това изключва, поне за сега квантов компютинг през облак заради дългите латентни времена;
- софтуерът също е проблем, не може просто да се прехвърли от класически на квантов компютър.

Отделно направление в тяхната работа е да симулират (сравнително малки) квантови компютри върху „класически“ хардуер. Даже на неголям лаптоп може да се симулира квантов компютър с 20-ина кубита. Разбира се, симулираният компютър е много по-бавен от истинския.

В Мюнхен има суперкомпютърен изчислителен център, в който работят, освен всичко друго, и по квантови компютри, и в колаборацията участват повечето големи университети в околността. Лекторът беше точно от този център.

От един 40-минутен семинар човек не може да научи всичко за квантовите компютри, но ми беше интересно да видя, че вече има практически приложения.