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
10 вопросов аллергологу 10 вопросов аллергологу

Распространенные вопросы про аллергии мы задали эксперту

Домашний Очаг
Пока не было света Пока не было света

Предыстория солнца и солнечной системы

Популярная механика
«Чтобы мы писали не то, что хочется, надо, чтобы мы были очень голодными» «Чтобы мы писали не то, что хочется, надо, чтобы мы были очень голодными»

Беседа Г. Л. Олди с читателями

Мир Фантастики
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
Май в Таиланде Май в Таиланде

Таиланд прекрасен в любое время года

Домашний Очаг
Без рулей и элеронов Без рулей и элеронов

Можно ли обойтись без таких привычных элементов самолета, как рули и элероны?

Популярная механика
Зачем осы и мухи пускают пузыри? Зачем осы и мухи пускают пузыри?

Осы и другие насекомые могут надувать шарики, напоминающие мыльные пузыри

National Geographic
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
5 суперзвезд Голливуда, которые исчезли с экрана: почему они перестали сниматься 5 суперзвезд Голливуда, которые исчезли с экрана: почему они перестали сниматься

Куда пропали Камерон Диаз и другие кинозвезды первой величины

Cosmopolitan
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
Ад, который всегда с тобой: как живут люди весом в 300 килограмм Ад, который всегда с тобой: как живут люди весом в 300 килограмм

Им предстоит сбросить вес, чтобы не умереть

Cosmopolitan
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
Режим тишины. Почему иностранные банки заморозили рост своего бизнеса в России Режим тишины. Почему иностранные банки заморозили рост своего бизнеса в России

Иностранные банки перестали интересоваться корпоративными кредитами и розницей

Forbes
Прививка или смерть Прививка или смерть

Создание эффективной вакцины против ВИЧ заняло почти 40 лет

Популярная механика
Сотрудники туриндустрии Боракая получат от властей 2 миллиарда песо компенсации Сотрудники туриндустрии Боракая получат от властей 2 миллиарда песо компенсации

Смогут ли деньги заменить потерянную работу?

National Geographic
Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника

Машины для работы в самых экстремальных условиях

Популярная механика
Юлия Косарева. Мой друг Лелик Юлия Косарева. Мой друг Лелик

До развода был один Табаков, после — будто другой

Караван историй
Знаки и смыслы Китая Знаки и смыслы Китая

Китайская иероглифика прекрасна чувствует себя даже в цифровую эпоху

Популярная механика
10 лучших альбомов месяца 10 лучших альбомов месяца

10 наиболее интересных альбомов апреля

Esquire
Механик в аду Механик в аду

Зонд AREE – никакой электроники, только старая школа и верная механика

Популярная механика
Огонь-трава Огонь-трава

Молодая крапива вкусна, полезна и, что немаловажно, абсолютно бесплатна

Добрые советы
Нашествие Нашествие

Кролики-убийцы и другие инвазивные виды

Популярная механика
Берендеево царство Берендеево царство

Декоратор Марина Гаськова оформила деревянный коттедж на границе дремучего леса

AD
Проект Guido Проект Guido

Ничего подобного в России прежде не строили

Популярная механика
Я готов целовать песок Я готов целовать песок

Наталья Погодина вместе с семьей поселилась на песчаном пляже в Анапе

AD
Броня легка Броня легка

Алюминиевые сплавы давно и прочно обосновались на бронемашинах

Популярная механика
9 признаков скрытой депрессии у внешне успешных людей 9 признаков скрытой депрессии у внешне успешных людей

Как определить, что с человеком что-то не так?

Psychologies
Шепот, который убивает Шепот, который убивает

Ни одна винтовка не способна проделывать такие трюки и оставлять такие отверстия

Популярная механика
Расстановка приоритетов Расстановка приоритетов

Peugeot 5008 и Renault Koleos

АвтоМир
Открыть в приложении