Мощь квантовых машин продолжает расти, хотя до их участия в создании виртуального человека еще далеко. В 1998 г. Исаак Чанг из Лос-Аламосской национальной лаборатории, Нил Гершенфельд из Массачусетского технологического института и Марк Кубинец из Калифорнийского университета в Беркли создали первый (2-кубитный) квантовый компьютер, в который можно было загружать данные, а затем выводить решение. Два десятилетия спустя IBM представила первый 50-кубитный квантовый компьютер, внешний вид которого некоторые комментаторы сравнили с «люстрой в стиле стимпанк». К 2021 г. один китайский производитель, Shenzhen SpinQ Technology, анонсировал первый настольный квантовый компьютер, хоть и имеющий всего 2 кубита, а процессор IBM Eagle достиг 127 кубитов. Однако для реализации надежд Фейнмана в серьезной квантовой химии потребуются квантовые компьютеры, обладающие сотнями надежных кубитов.

Квантовые компьютеры бывают разных видов, поскольку в качестве кубита можно использовать любую двухуровневую квантово-механическую систему – от спина электрона или ядра до поляризации фотона. Существует много разных типов квантовых компьютеров, в зависимости от типов кубитов, того, как ими манипулировать и как запутывать атомы. Как любит говорить Сет Ллойд, все зависит от того, как заряжать атомы[556].

Однако в квантовых вычислениях предстоит преодолеть множество технических препятствий. Самым фундаментальным является хрупкость кубитов, которые необходимо поддерживать в когерентном состоянии суперпозиции, иначе они разрушатся из-за процессов, подобных измерениям. Любое вмешательство окружающей среды в квантовую систему – «шум», вызванный изменениями температуры, вибрацией, электромагнитными волнами, – приводит к так называемой декогеренции, когда кубиты теряют свою полезную неоднозначность и кристаллизуются в банальные единицы и нули. Эта стабильность измеряется «временем когерентности», которое отражает, как долго кубит способен прожить, пока не превратится в 1 или 0.

Чем дольше время когерентности, тем больше времени квантовому компьютеру нужно для завершения своих вычислений. На данный момент доступно всего лишь мгновение – около 100 микросекунд; малейшее возмущение, такое как вибрация или изменение температуры, приводит к постоянным высоким показателям ошибок при выполнении алгоритма. В результате сегодняшние квантовые вычислительные устройства и устройства обозримого будущего называются квантовыми компьютерами с шумом промежуточного масштаба (NISQ) и являются крайне ненадежными, а это означает, что приходится повторять измерения и принимать неидеальные результаты. Чем больше кубитов добавляется к этим устройствам для решения более трудоемких задач, и чем сложнее и глубже становятся квантовые схемы, тем труднее поддерживать хрупкое состояние когерентности, уровень уменьшения ошибок и снижения шума, необходимый для достижения осмысленных результатов.

Однако Питер и его аспиранты Алексис Ралли, Майкл Уильямс де ла Бастида и Тим Уивинг нашли способ сосредоточить мощь сегодняшних маленьких компьютеров NISQ, а также тех, которые превзойдут их, на сложной части задачи, перенеся более простые области вычислений на классический компьютер. Этот прагматичный шаг вперед, аналогичный адаптивному уточнению сетки, с которым мы столкнулись в седьмой главе, повышает точность результатов для молекул, которые в настоящее время находятся за пределами досягаемости полных квантовых вычислений, что справедливо для практически любых химических и биологических объектов, от лекарств до белков и ДНК[557].

Однако существует фундаментальная проблема с использованием квантовых вычислений для моделирования виртуального человека: мы до сих пор не понимаем, как происходит коллапс волновых функций, который приводит к упомянутой выше декогеренции. Как заметил Роджер Пенроуз, этот процесс не объясняется современной квантовой механикой и, по его мнению, не является алгоритмическим. Можно прибегнуть к альтернативной интерпретации, которую предпочитает, например, Дэвид Дойч, хотя она и не нравится многим, – что Вселенная разделяется на множество реальностей при каждом измерении, – но смысл проблемы в том, что не существует общепринятой теории превращения туманной вероятностной квантовой сущности в классическую достоверность.

Что на самом деле соответствует «измерению» в квантовой теории, до сих пор не ясно. Вызывает беспокойство и количество усилий, затрачиваемое на поддержание квантовой когерентности в компьютерах без какого-либо понимания того, что приводит к ее потере. Это самое серьезное из основных ограничений, препятствующих реализации необычайного потенциала квантовых вычислений. Прагматики, такие как Питер Лав, утверждают, что это не должно иметь значения, так же как для легионов людей, полагающихся на классические вычисления, не имеет значения, почему электроны имеют определенный заряд[558]. Но этот вопрос фундаментален: квантовая теория остается неполной без научной теории коллапса волновой функции, и, как следствие, в основе квантовых вычислений лежит недостающий элемент.