Почему IBM охлаждает квантовые компьютеры до температуры глубинного космоса в 180 раз холоднее

Сложности охлаждения квантовых компьютеров

Квантовые компьютеры работают на кубитах — квантовых битах, способных находиться в нескольких состояниях одновременно и взаимодействовать друг с другом. Главная уязвимость кубитов — тепло. Повышение температуры приводит к декогеренции — потере квантовой информации, что снижает точность вычислений.

Технология охлаждения IBM

Модульная криогенная система IBM поддерживает кубиты при температуре 15 милликелвин — это в 180 раз холоднее температуры космического микроволнового фона, равной примерно 2,7 К (около −270,45 °C). Охладитель состоит из металлических пластин, на самой холодной из которых размещён квантовый процессор. Верхняя часть устройства находится при комнатной температуре. Проводники, проходящие через охладитель, передают тепло, и с увеличением их числа возрастает тепловое воздействие на кубиты, усложняя процесс охлаждения.

Разные подходы в квантовых технологиях

Не все квантовые компьютеры требуют таких экстремальных условий. Например, машины компании QuEra используют нейтральные атомы, охлаждаемые лазерами до микрокельвиновых температур — ещё холоднее, чем традиционные холодильники. Фотонные квантовые компьютеры работают при комнатной температуре, но их однофотонные детекторы нуждаются в охлаждении. Эти разнообразные технологии формируют будущее квантовых вычислений.

Потенциал и угрозы квантовых компьютеров

Квантовые компьютеры способны значительно ускорять решение некоторых задач по сравнению с классическими. Они потенциально могут взламывать современные криптографические алгоритмы, такие как RSA-2048. По оценке Google Quantum AI в 2025 году, для взлома RSA-2048 потребуется около 1 миллиона шумных кубитов — значительно меньше, чем 20 миллионов кубитов, оцененных в 2019 году. Для взлома схемы цифровой подписи Bitcoin, по данным 2026 года, достаточно 500 тысяч кубитов. Современные квантовые компьютеры имеют лишь сотни или тысячи кубитов, поэтому эти угрозы пока не актуальны. В ответ на них в 2024 году NIST утвердил стандарты постквантового шифрования.

Люди и будущее

Развитие квантовых компьютеров обещает революционные изменения в науке и безопасности. Технологии охлаждения, борющиеся с теплом, — ключевой элемент этого прогресса. Система IBM, поддерживающая кубиты при 15 милликелвин, повышает стабильность квантовых вычислений и открывает новую эру вычислительной мощности. Эта технология станет основой для улучшения безопасности данных и ускорения вычислений, влияя на повседневную жизнь людей.