Квантовые компьютеры всё чаще выходят из области теории и приближаются к реальному применению. Amazon и Microsoft уже представили собственные квантовые чипы, а сами вычислительные устройства обещают решать задачи, которые сегодня кажутся неподъёмными. Но есть одно серьёзное препятствие: как удержать капризные кубиты в рабочем состоянии?
Большинство кубитов требуют охлаждения до температур, буквально на доли градуса выше абсолютного нуля. Поддерживать такую криогенную среду на земле — удовольствие дорогое и крайне энергоёмкое. И вот здесь появляется предложение, достойное сценария научно-фантастического фильма.
Подъем в стратосферу
Группа исследователей из Университета науки и технологий им. короля Абдуллы (KAUST, Саудовская Аравия) предлагает перенести квантовые компьютеры в небо. Они описали свою концепцию в журнале npj Wireless Technology.
Учёные предлагают разместить вычислительные платформы на дирижаблях, поднимающихся в стратосферу — на высоту около 20 км. Там температура держится примерно на уровне –50 °C, что достаточно холодно, чтобы многие типы кубитов могли работать без массивных холодильных установок.
Так родилась идея QC-HAPs — квантовых вычислительных платформ на больших высотах. На борту таких воздушных кораблей планируется установить не только квантовые процессоры, но и солнечные панели вместе с литий-сера батареями. Логика проста: над облаками ничто не перекрывает солнечный свет, поэтому платформа способна питать себя днём от Солнца, а ночью — от накопленной энергии.
Передача данных с высоты 20 км
Доступ к таким «летающим суперкомпьютерам» предлагается организовать через оптическую связь по свободному пространству — передачу данных с помощью лучей света. Эта технология уже используется в экспериментах по квантовой коммуникации, где фотоны служат не только носителями данных, но и ключей шифрования.
На случай облачности предусмотрен резервный канал: радиочастотная связь. А чтобы минимизировать потери сигнала, учёные предлагают использовать вспомогательные аэростаты на более низких высотах — своеобразные ретрансляторы.
Энергия, масштабируемость и мобильность
По расчётам команды, квантовый компьютер на основе ионных ловушек — системы, где отдельные заряженные атомы удерживаются электромагнитными полями и управляются лазерами — сможет экономить до 21% энергии, если разместить его на стратосферном дирижабле.
Кроме того, такие летающие платформы могут:
- перемещаться над любой точкой Земли по мере необходимости,
- объединяться в сеть для увеличения вычислительной мощности,
- обеспечивать глобальные квантовые облачные сервисы «по запросу».
Один из авторов исследования, Уйем Абдеррахим, называет эту систему «динамическим флотом», способным предоставлять масштабируемые квантовые вычисления по всему миру.
Пока концепция остаётся на уровне теоретического проекта. Чтобы воплотить её в реальность, нужно сделать серьёзный шаг вперёд в разработке квантового железа. Тем не менее, команда настроена оптимистично.
«Наши дальнейшие шаги — переход от концепции и аналитических расчётов к более практическим исследованиям», — резюмирует научный сотрудник Осама Амин.
И кто знает: возможно, первые по-настоящему эффективные квантовые облака будут не в дата-центрах, а в стратосфере.
