Квантовое превосходство: всё о квантовых компьютерах

В IT сложилась предреволюционная ситуация

Популярная механикаHi-Tech

Квантовое превосходство: всё о квантовых компьютерах

Александр Ершов

В IT сложилась предреволюционная ситуация, хотя в курсе происходящего остаются лишь немногие интересующиеся и еще более узкий круг специалистов. А между тем уже в этом году ожидается событие исторического масштаба: квантовые компьютеры, разработка которых продолжается уже более трех десятилетий, впервые смогут проводить вычисления, недоступные для самых мощных суперкомпьютеров традиционной кремниевой архитектуры. Если ожидания оправдаются, скоро мы вступим в эру «квантового превосходства». Но хотя название для этой эпохи давно придумано, что нас в ней ждет, не знает пока никто.

Стенд компании Intel на прошедшей в начале года конференции потребительской электроники CES в Лас-Вегасе, как обычно, был заполнен журналистами и техноблогерами. Новинки крупнейшего производителя микрочипов всегда потенциально интересны, хотя в последние годы эти обновления – чуть больше ядер, чуть меньше энергопотребление – все реже привлекают внимание публики. Однако на этот раз технологическому гиганту действительно было чем похвастаться: посетителям показали квантовый процессор Tangle Lake, способный – пусть теоретически и лишь в некоторых задачах – делать то, что пока было по силам лишь лучшим суперкомпьютерам.

Tangle Lake ни размерами, ни формой не слишком выделяется на фоне обычной продукции Intel. Но принципы, на которых он работает, далеки от тех, на которых построена традиционная электроника. Вместо миллиардов транзисторов на новой микросхеме имеется всего 49 элементов. И это не полупроводниковые переключатели тока, а кубиты («квантовые биты»), элементарные ячейки, способные работать с квантовой информацией. В данном случае они представляют собой крохотные сверхпроводящие антенны.

Это не единственный вариант получить кубиты для квантового компьютера, но в данном случае важнее их число. 49 не рекорд: еще до презентации Tangle Lake компания IBM рассказала о работе над квантовым компьютером на 50 кубит, а группа под руководством гарвардского физика Михаила Лукина сделала экспериментальный 51-кубитный вычислитель. Легко заметить, что все эти проекты построены вокруг цифры в полсотни кубит: именно на ней обычно устанавливают планку, после которой стоит ожидать наступления «квантового превосходства».

Преимущество неопределенности

Использовать для расчетов поведения квантовых систем не обычные компьютеры, а другие квантовые системы, которые могли бы играть роль упрощенной модели, предложил еще Ричард Фейнман в 1981 году. Справедливости ради стоит добавить, что идея, видимо, витала в воздухе: почти за год до того ее высказывал советский математик Юрий Манин. В самом деле, трудность, с которой сталкиваются обычные компьютеры при моделировании таких систем, заключается в самой их квантовой природе, в неустранимой неопределенности параметров взаимодействующих частиц.

Три типа квантовых компьютеров. 1. Устройство для квантового отжига. Наименее универсальная форма квантового компьютера. Его легче всего построить, однако он способен выполнять лишь очень ограниченный круг задач, связанных с оптимизацией. Многие эксперты сомневаются в том, что такое устройство может иметь какие-либо преимущества перед традиционным компьютером. Применение: задачи на оптимизацию Универсальность: ограниченная. Вычислительная мощность: не превышает традиционную

Допустим, нам нужно посчитать, как поведет себя атом, если мы направим на него фотон; для этого нам требуется выяснить поляризацию фотона. Единственный способ сделать это – провести измерения, а до этого поляризация останется неопределенной: физики говорят о суперпозиции, наложении возможных значений. Для расчетов все варианты должны быть рассмотрены по отдельности, и в нашем примере это займет вдвое больше времени, чем если бы нужные параметры поляризации были известны. Более того, стоит начать добавлять в систему другие компоненты (несколько атомов, несколько фотонов), и неопределенности придется перемножать, а сложность вычислений вырастет экспоненциально.

Идея квантового компьютера заключалась в том, чтобы обратить недостаток в достоинство: использовать для вычислений саму неопределенность, которая так затрудняет обычные расчеты. Представим, что вам нужно подобрать пароль, у которого неизвестны последние два бита. Тут возможны четыре комбинации: 00, 01, 10 и 11. В классическом случае каждый из них необходимо считать отдельно: подставить его в нужное место и проверить результат. Однако если носителем информации станет квантовый объект – например, два кубита с суперпозицией поляризации, – то все четыре комбинации можно будет проверить одновременно.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Дальнобойщик: первый и единственный Airbus A340-8000 Дальнобойщик: первый и единственный Airbus A340-8000

Первый рекордсмен-здоровяк Airbus A340-8000 построен на базе A340-200

Популярная механика, март'20
До и после бокала вина: фотограф показал, как меняется настроение от алкоголя До и после бокала вина: фотограф показал, как меняется настроение от алкоголя

Фотограф из Бразилии Маркус Альберти придумал забавный проект

Playboy, август'18
От чего нейросети избавят мир От чего нейросети избавят мир

О каких вещах можно будет забыть в ближайшем будущем благодаря нейросетям?

Популярная механика, март'20
Юн Ан Юн Ан

Кто помогает дизайнеру украшений Dior Homme не сойти с ума от работы

Numéro, сентябрь'18
Как сменить профессию в 30, 40, 45 лет: дельные советы, которые приведут к успеху Как сменить профессию в 30, 40, 45 лет: дельные советы, которые приведут к успеху

Как сделать главный шаг, когда ты вдруг понял, что готов к переменам

Playboy, март'20
Мальтийский трест Мальтийский трест

Мальта — это государство объединения языков, культур и традиций

GEO, июнь'18
Обновитесь или будете взломаны: iPhone и Android можно взломать через Bluetooth Обновитесь или будете взломаны: iPhone и Android можно взломать через Bluetooth

Bluetooth поставил под удар любителей не обновляться

Forbes, август'18
Sugar less, party more Sugar less, party more

В Москве открылся первый бар с концепцией Skinny Drinks

Cosmopolitan, август'18
Alfa Future People 2018: 5 лет — полет нормальный Alfa Future People 2018: 5 лет — полет нормальный

Alfa Future People 2018: 5 лет — полет нормальный

Cosmopolitan, август'18
О чем спросить себя, прежде чем возвращаться к бывшему О чем спросить себя, прежде чем возвращаться к бывшему

После ухода любимого человека нас мучает душевная боль

Psychologies, август'18
Пик Европы: как мы поднимались на Эльбрус Пик Европы: как мы поднимались на Эльбрус

Эльбрус нельзя покорить, на него можно лишь взойти

National Geographic, август'18
От арт-хауса до массового кино: фильмография Гаса Ван Сента От арт-хауса до массового кино: фильмография Гаса Ван Сента

Вспоминаем фильмографию классика американского независимого кино Гаса Ван Сента

Esquire, август'18
Если роды начались раньше времени… Если роды начались раньше времени…

По данным медицинской статистики, преждевременные роды возникают довольно часто

9 месяцев, сентябрь'18
Школьная пора Школьная пора

Интервью с актрисой Александрой Ребенок, создающей одежду для школьников

OK!, август'18
Не можешь придумать рифму к слову «жуй»? 8 советов, как развить креативность Не можешь придумать рифму к слову «жуй»? 8 советов, как развить креативность

Креативность — это способность человека ломать привычные шаблоны

Playboy, август'18
Пиво — не то, что мы думаем! 12 шокирующих фактов про любимый напиток Пиво — не то, что мы думаем! 12 шокирующих фактов про любимый напиток

Кружечка пива в приятной компании, в выходной день — звучит очень заманчиво

Playboy, август'18
Coverstory Coverstory

Ульяна Сергеенко вспоминает скандал со «словом на букву «н»

SNC, сентябрь'18
Дикий запад: как носить главный тренд осени (и не быть похожей на ковбоя) Дикий запад: как носить главный тренд осени (и не быть похожей на ковбоя)

Тренд на дикий запад перекочевал из прошлого сезона в новый

Cosmopolitan, август'18
Вылитая старина Вылитая старина

В Ярославской области возродили старинную технологию колокольного производства

Огонёк, август'18
20 признаков, что тебе изменяют — по мнению частного детектива 20 признаков, что тебе изменяют — по мнению частного детектива

Иногда выдает не только фраза «Я тебе изменяю»

Maxim, август'18
Дорога к счастью Дорога к счастью

Чтобы понять Уругвай, сюда надо приехать хотя бы на пару недель

Psychologies, сентябрь'18

Esquire поговорил с чайлдфри об их отказе от рождения детей

Esquire, август'18
Гороскоп Vogue: август 2018 Гороскоп Vogue: август 2018

Горячий гороскоп на последний месяц лета

Vogue, август'18
Ночь нежна Ночь нежна

Нам удалось проникнуть внутрь знаменитого лондонского клуба Annabel’s

The Rake, сентябрь'18
Другая девушка Другая девушка

Внучка народного артиста и дочь московской красавицы Лиза Янковская

Tatler, сентябрь'18
Власть бизнеса: 1-49 Власть бизнеса: 1-49

Forbes составил первый рейтинг влиятельных россиян

Forbes, сентябрь'18
14 самых идиотских преступлений последнего времени 14 самых идиотских преступлений последнего времени

Не все преступления совершаются криминальными гениям

Maxim, август'18
Славянская Спарта Славянская Спарта

Черногория овеяна суровой романтикой вечной освободительной борьбы

GEO, июль'18
Ура, скоро в школу! Ура, скоро в школу!

Помоги ребенку-первокласснику подготовиться к учебному процессу

Лиза, август'18
Чем заняться на фестивале Wanderlust 108 в Москве? Чем заняться на фестивале Wanderlust 108 в Москве?

18 августа в столице пройдет международный фестиваль Wanderlust 108

National Geographic, август'18
Открыть в приложении