Квантовое превосходство

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 и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Мозговой штурм Мозговой штурм

Становятся ли автомобили все более уязвимыми для хакеров

Популярная механика, сентябрь'19
Испытание огнем Испытание огнем

Современные газотурбинные двигатели в гражданской авиации — воплощение хай-тека

Популярная механика, октябрь'19
Топ-12 участниц конкурса «Девушка года Playboy-2019»: в конце останется только одна Топ-12 участниц конкурса «Девушка года Playboy-2019»: в конце останется только одна

Смелые, целеустремленные, завораживающе прекрасные и… обнаженные

Playboy, сентябрь'19
Чем себя украсить: топ-10 ювелирных трендов на 2018 год Чем себя украсить: топ-10 ювелирных трендов на 2018 год

Ювелир Евгений Федько рассказывает о главных трендах в украшениях на 2018 год

Cosmopolitan, апрель'18
Обмани свой мозг: как побороть лень и начать работать Обмани свой мозг: как побороть лень и начать работать

Последние достижения в области нейропсихологии

Forbes, апрель'18
Далекие близкие Далекие близкие

Бывает, что близкий человек вдруг становится далеким, хотя никуда не уходил

Добрые советы, май'18
Вертикальные роды: можно всем? Вертикальные роды: можно всем?

Плюсы и минусы вертикальных родов

9 месяцев, май'18
Страх перед арахисовым маслом и 9 других необычных фобий Страх перед арахисовым маслом и 9 других необычных фобий

Десятка необычных фобий

Популярная механика, апрель'18
Состояние российских миллиардеров резко снижается на фоне новых санкций Состояние российских миллиардеров резко снижается на фоне новых санкций

США ввели санкции против семи российских бизнесменов из списка Forbes

Forbes, апрель'18
Юноша и смерть: 24 года без Курта Кобейна Юноша и смерть: 24 года без Курта Кобейна

24 года назад, 5 апреля 1994-го, покончил с собой Курт Кобейн

Maxim, апрель'18
Лучшие шутки дня и Егор Крид! Лучшие шутки дня и Егор Крид!

Цифровой дайджест авторского юмора с авторской орфографией

Maxim, апрель'18
В Питере — ждут. Гергиев и Мацуев в программе ПМЭФ-2018 В Питере — ждут. Гергиев и Мацуев в программе ПМЭФ-2018

Культурная программа Петербургского международного экономического форума

Forbes, апрель'18

Церемония вручения ежегодной премии журнала HELLO! "Самые стильные в России"

Cosmopolitan, апрель'18
Из пучины: жуткие истории, рассказанные рыбаками и моряками Из пучины: жуткие истории, рассказанные рыбаками и моряками

Что приходилось видеть рыбакам и морякам, оставшись один на один со стихией?

Cosmopolitan, апрель'18
Тэнди Ньютон: “Мир Дикого Запада” по сравнению реальностью — это детский лепет” Тэнди Ньютон: “Мир Дикого Запада” по сравнению реальностью — это детский лепет”

Актриса Тэнди Ньютон рассказала Esquire о втором сезоне «Мира Дикого Запада»

Esquire, апрель'18
Друг мой, враг мой Друг мой, враг мой

Колонки об имидже страны нужно начинать со слова «мы»

Esquire, апрель'18
Как перестать злословить Как перестать злословить

Почему злословие так затягивает?

Men’s Health, май'18
Видоизменённый разум Видоизменённый разум

Компьютеры будущего

Мир Фантастики, май'18
Лот да Винчи Лот да Винчи

Как картина да Винчи погубила китайского разведчика

GQ, май'18
Охота на единорога. Почему необходимо инвестировать в искусственный интеллект Охота на единорога. Почему необходимо инвестировать в искусственный интеллект

Искусственный интеллект — самый интересный тренд со времен изобретения интернета

Forbes, апрель'18
Травки зеленеют Травки зеленеют

Картофельный салат — это к весне

Огонёк, апрель'18
Знают толк в возврате. Какие кредиторы добиваются взыскания долгов Знают толк в возврате. Какие кредиторы добиваются взыскания долгов

Банки усвоили уроки кризисов и стали тщательнее выбирать заемщиков

Forbes, апрель'18
Как компания Volvo проводит краш-тесты Как компания Volvo проводит краш-тесты

Кузов – это сложнейший и, пожалуй, самый недооцененный механизм автомобиля

Популярная механика, апрель'18
Биолюминесценция: можно ли использовать светящиеся растения Биолюминесценция: можно ли использовать светящиеся растения

Мы уже начали движение по пути живой биолюминесценции

Популярная механика, апрель'18
Я люблю фас Я люблю фас

Писатель Алексей Сальников — о том, почему ротвейлеры лучше людей

GQ, май'18
Аппарат Gaia может быть использован для поиска внеземных цивилизаций Аппарат Gaia может быть использован для поиска внеземных цивилизаций

Недавно астрономы составили самую подробную карту Млечного Пути

Популярная механика, апрель'18
Вежливая сеть: как научить искусственный интеллект относиться к людям непредвзято Вежливая сеть: как научить искусственный интеллект относиться к людям непредвзято

Для нейросети нет разницы, какого пола и расы человека необходимо распознавать

Forbes, апрель'18
Прощай, Glencore: что принес Олегу Дерипаске пятый день под санкциями Прощай, Glencore: что принес Олегу Дерипаске пятый день под санкциями

UC Rusal превращается в токсичный актив

Forbes, апрель'18
Смотр строя Смотр строя

Мы заглянули на тренировку одного из лучших бодибилдеров Москвы

Men’s Health, май'18
Чувство ритма для двоих Чувство ритма для двоих

Как колебания биоритмов отражаются на нашем желании?

Psychologies, май'18