В IT сложилась предреволюционная ситуация

Популярная механикаHi-Tech

Квантовое превосходство

Текст: 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.

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.

Если правильная комбинация возможных состояний кубитов существует, можно не сомневаться, что они примут и ее тоже. Главное – организовать взаимодействие между ними так, чтобы мы смогли прочитать и понять получившийся ответ. Мощь квантовых компьютеров заключается именно в экспоненциально растущем числе операций, которые можно сделать за один шаг. Система, состоящая из двух кубитов, позволяет одновременно рассмотреть четыре варианта развития событий, система из четырех – 16. После 50, как мы помним, наступает «квантовое превосходство», а на число комбинаций всех возможных состояний квантового компьютера из 300 кубитов уже не хватит атомов во Вселенной.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как спрятать голову в железо Как спрятать голову в железо

История доспехов в европейском Средневековье и технология воссоздания в наши дни

Популярная механика
Три мифа об изменах Три мифа об изменах

Измены приносят боль, унижение, разочарование и потерю доверия

Psychologies
Небо для катамаранов Небо для катамаранов

Современные самолеты построены по так называемой нормальной схеме

Популярная механика
Нас не догонят. Смогут ли США наверстать отставание в разработке гиперзвукового оружия Нас не догонят. Смогут ли США наверстать отставание в разработке гиперзвукового оружия

После презентации гиперзвуковой ракеты «Кинжал» США бросились догонять Россию

Forbes
У Солнца под боком У Солнца под боком

О том, какие загадки должен решить меркурианский зонд

Популярная механика
Слепой десятипальцевый метод всего: 10 навыков, которыми обязан владеть каждый мужчина Слепой десятипальцевый метод всего: 10 навыков, которыми обязан владеть каждый мужчина

Проверь, насколько хорошо ты освоил базовые функции собственных пальцев

Maxim
Летающий фрегат Летающий фрегат

Российский проект транспортного беспилотника с вертикальными взлетом и посадкой

Популярная механика
Екатерина Климова. Обыкновенное чудо Екатерина Климова. Обыкновенное чудо

Интервью с Екатериной Климовой

Караван историй
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

В 2015 году мы узнали, что наносить ракетные удары можно из Каспийского моря

Популярная механика
Расстановка приоритетов Расстановка приоритетов

Peugeot 5008 и Renault Koleos

АвтоМир
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Люди и звери со двора объедков Люди и звери со двора объедков

Я очень люблю животных и птиц. Но не люблю свинство

Psychologies
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Выживший Выживший

Кто и зачем помог Роману Авдееву сохранить в кризис Московский кредитный банк

Forbes
Кресла вместо бомб Кресла вместо бомб

Бомбардировщик превратили в бизнес-джет

Популярная механика
Красивый фасад. Есть ли преимущества у бизнес-центра в старинном особняке Красивый фасад. Есть ли преимущества у бизнес-центра в старинном особняке

Cтаринные особняки все чаще переделывают под бизнес-центры

Forbes
Проект Guido Проект Guido

Ничего подобного в России прежде не строили

Популярная механика
Му-музыка и небо в алмазах Му-музыка и небо в алмазах

В Театре наций состоялась премьера «Му-Му» в постановке Дмитрия Крымова

СНОБ
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
«Чего здесь такого?»: Сечин впервые явился в суд по делу Улюкаева «Чего здесь такого?»: Сечин впервые явился в суд по делу Улюкаева

Мосгорсуд рассматривает апелляцию защиты бывшего министра экономики

Forbes
Рисунки на полях Рисунки на полях

На финале лиги чемпионов УЕФА-2018 засветился робот, рисующий разметку

Популярная механика
Герой Сирии: заработает ли Тимченко на добыче фосфатов под Пальмирой Герой Сирии: заработает ли Тимченко на добыче фосфатов под Пальмирой

Геннадий Тимченко займется добычей в Сирии фосфатов

Forbes
Брат небесный, брат земной Брат небесный, брат земной

NASA исследует близнецов: астронавта и его брата, оставшегося на Земле

Популярная механика
10 фрагментов человеческих тел, которые продавались на аукционах 10 фрагментов человеческих тел, которые продавались на аукционах

Некоторые знаменитости и исторические фигуры продолжают "путешествовать" по миру

Популярная механика
Удар с небес Удар с небес

Javelin считают наиболее совершенным легким средством против бронетехники

Популярная механика
«Кококо» в «Северянах»: гастрольный ужин Игоря Гришечкина «Кококо» в «Северянах»: гастрольный ужин Игоря Гришечкина

19 апреля в ресторане «Северяне» состоится специальный ужин с Игорем Гришечкиным

Cosmopolitan
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
Под стеклянным колпаком: что даст рынку механизм оздоровления страховщиков Под стеклянным колпаком: что даст рынку механизм оздоровления страховщиков

В апреле Госдума приняла закон о санации страховщиков

Forbes
Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника

Машины для работы в самых экстремальных условиях

Популярная механика
Хаски: Господин собака Хаски: Господин собака

Прошел год с тех пор, как Хаски назвали новой надеждой русского рэпа

СНОБ
Открыть в приложении