Ученые рассказывают, для чего нужны квантовые компьютеры и как они их создают

Популярная механикаHi-Tech

Квантовые компьютеры: смогут ли их создать и как они будут устроены

Александр Грек

Современная цифровая цивилизация напрямую зависит от компьютеров, которые становятся все мощнее, меньше и дешевле. Сегодня средний размер транзистора, базового элемента компьютеров, составляет 14 нм – примерно в восемь раз меньше диаметра ВИЧ. Прогресс не стоит на месте: ученые приблизились к физическому пределу технологии – созданию транзистора размером с атом, центральный компонент которого размером всего 1,5 нм. Но при таких размерах уже начинают работать квантовые эффекты: электроны могут перескакивать по другую сторону закрытого затвора с помощью квантового туннелирования. Ученые хотят обратить это свойство в свою пользу, разработав квантовые компьютеры.

В традиционных компьютерах единицей информации является бит, а в квантовых – кубит. Бит находится только в одном из состояний: либо ноль, либо единица. Кубит с некоторой вероятностью может быть в обоих этих состояниях. Что в квантовой механике и называется суперпозицией.

Из битов в состояниях 1 и 0 можно составить только четыре пары (00, 01,10 и 11). А вот количество состояний для кубитов составляет 2 в степени n. Для четырех кубитов это 2 в четвертой степени, то есть 16. А для 10 – уже 1024. И это число растет экспоненциально с каждым новым кубитом. 20 кубитов могут хранить уже больше миллиона значений одновременно. А на число комбинаций всех возможных состояний квантового компьютера из 300 кубитов уже не хватит атомов во Вселенной. Еще одно странное свойство кубитов – запутанность, когда каждый кубит мгновенно реагирует на изменение состояния другого кубита. Измерив один кубит, мы можем узнать состояние другого кубита, запутанного с ним.

Обычный компьютер выполняет алгоритм только для одного набора данных. Квантовый логический элемент может обработать несколько входных значений. Задача исследователей – управлять кубитами так, чтобы каждый выполнял свое собственное задание. Тогда вычисления будут проводиться параллельно. Благодаря увеличению количества состояний квантовый компьютер сможет получать результат быстрее, чем обычный, – это квантовое превосходство.

Предполагается, что квантовые компьютеры будут использоваться для решения сложных задач корреляции – например, нахождения элементов в базах данных, шифровки и дешифровки данных. Еще одно важное применение – моделирование молекул. Квантовые компьютеры могут значительно ускорить перебор параметров и поиск нужных корреляций, что позволяет получить заданные свойства. Ученые и бизнесмены надеются на революцию в медицине, органической химии и материаловедении. На качественно новый уровень выйдут возможности систем искусственного интеллекта.

a6593c7e3216f7023cb2c590862c9a39.jpg

Правда, пока проблема заключается в том, что вы получаете результат с вероятностью, которая может быть меньше 100%. Так что в некоторых областях квантовые компьютеры не могут заменить классические. Ученым только предстоит решить проблемы считывания и интерпретации полученных результатов и коррекции ошибок.

Если все заработает, мы будем жить в эпохе совсем иных технологических возможностей. Важность создания квантовых компьютеров для государства сравнима с важностью атомных технологий в XX веке – по влиянию на экономику и обороноспособность, и все ведущие державы вступили в квантовую гонку. И по сложности фундаментальных задач, и по объему новых технологий, которые предстоит освоить, все это напоминает знаменитый «атомный проект». Государство привлекает лучших ученых страны, однако специалисты говорят о необычайно сложной административной задаче управления и синхронизации разных групп ученых и целых отраслей промышленности. Неслучайно во главе проекта «Квантовые вычисления» была поставлена госкорпорация «Росатом». За четыре года требуется совершить невероятное – создать к 2024 году отечественный 100-кубитный квантовый компьютер. «Популярная механика» пообщалась с участниками проекта и заразилась от них оптимизмом.

Хитрая технология

Квантовые вычисления не универсальны, они не способны заменить традиционные компьютеры. «Информация обрабатывается хитро, мы пользуемся всем большим пространством состояний, чтобы ее переваривать, но наши возможности считать ее оттуда невелики. Потому что при измерении у вас происходит коллапс до двоичного кода, – говорит старший научный сотрудник Центра квантовых технологий МГУ, руководитель сектора квантовых вычислений Станислав Страупе. – Поэтому квантовые алгоритмы – наука о том, как извлечь из этого многомерного пространства полезную информацию за небольшое количество измерений».

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Моя прелесть Моя прелесть

Удовольствие не является достойной целью. К чему же нам стремиться?

Playboy
Бетховен умер. Часть I Бетховен умер. Часть I

Cудьба наследия Бетховена в современном мире

Школа Masters
11 способов удивить девушку в постели, которые ей понравятся 11 способов удивить девушку в постели, которые ей понравятся

Лучшие идеи, как доставить удовольствие партнерше во время занятий любовью

Playboy
Как исправить ошибку 0xc0000007b при запуске программы Как исправить ошибку 0xc0000007b при запуске программы

Как убрать ошибку 0xc0000007b на Windows

CHIP
Её первой любовью был капитан милиции и еще 9 фактов из жизни Алины Кабаевой Её первой любовью был капитан милиции и еще 9 фактов из жизни Алины Кабаевой

Судьба Алины Кабаевой, казалось, была предрешена с самого начала

Cosmopolitan
Операция «Поимка» Операция «Поимка»

Пётр I хотел во что бы то ни стало вернуть сбежавшего из России сына

Дилетант
Магнитное поле усилило эффект Томсона на 90 процентов Магнитное поле усилило эффект Томсона на 90 процентов

Это первое проявление нелинейного магнитотермоэлектрического эффекта

N+1
От строительства аэропланов до разработки гидромассажных ванн: история семьи Джакузи От строительства аэропланов до разработки гидромассажных ванн: история семьи Джакузи

Страстью братьев были самолёты, но семейные трагедии привели их к идее джакузи

VC.RU
Долой серые будни Долой серые будни

В самый серый и дождливый месяц в году главное – не впасть в уныние

Здоровье
Как стать оптимистом: 10 советов, которые помогут начать радоваться жизни Как стать оптимистом: 10 советов, которые помогут начать радоваться жизни

Полезные рекомендации, как изменить образ мыслей и настроиться на позитив

Playboy
Тренировки, правильное питание, медитации и красота: что нужно мозгу Тренировки, правильное питание, медитации и красота: что нужно мозгу

Как на мозг влияют практики медитации, а также фастфуд, печенье и круассаны

РБК
Что читать на выходных: фрагмент новой книги Андре Асимана «Восемь белых ночей» Что читать на выходных: фрагмент новой книги Андре Асимана «Восемь белых ночей»

Фрагмент романа «Восемь белых ночей», где расцветает мнительность главного героя

Esquire
Свои парни Свои парни

Ставка на прорабов сделала «Петровича» крупнейшим продавцом стройматериалов

Forbes
«Город встанет до XXII века». Как мегаполисам избавиться от пробок «Город встанет до XXII века». Как мегаполисам избавиться от пробок

Проблемы, с которыми транспортная система не справляется

РБК
Непротивление и насилие Непротивление и насилие

Алексей Васильев о фильме «Сандакан, публичный дом №8» и кинематографе Кэя Кумаи

Weekend
Сахар вызвал у мышей воспаление кишечника Сахар вызвал у мышей воспаление кишечника

Исследования показали, что сахар способен изменять микробиоту кишечника

N+1
Кен Кизи Кен Кизи

Писатель, умер 10 ноября 2001 года в возрасте 66 лет, Орегон, США

Esquire
На светлой стороне На светлой стороне

Какими лампами и светильниками оборудовать рабочее место, чтобы сберечь зрение

Лиза
Как правильно увольняться Как правильно увольняться

Как расстаться с опостылевшей работой максимально безболезненно

Maxim
«Ход королевы» и еще 6 мини-сериалов для осеннего уикенда «Ход королевы» и еще 6 мини-сериалов для осеннего уикенда

Лучший рецепт для осеннего дня — сериал, не растянутый на множество сезонов

РБК
Как выбрать жесткий диск для компьютера или ноутбука Как выбрать жесткий диск для компьютера или ноутбука

На какие характеристики обратить внимание, выбирая жесткий диск?

CHIP
Медная река Медная река

Как работает брутальный бизнес Игоря Алтушкина

Forbes
Феминизм: реальная поддержка женщин или скрытая игра в пользу мужчин? Феминизм: реальная поддержка женщин или скрытая игра в пользу мужчин?

Психолог комментирует две противоположных точки зрения на феминизм

Psychologies
Клетки спинного мозга восстановили внутри живого организма Клетки спинного мозга восстановили внутри живого организма

Ученые выяснили, что внутри организма можно направленно создавать нервные клетки

Популярная механика
Самые удивительные открытия Voyager: 40 лет космических чудес Самые удивительные открытия Voyager: 40 лет космических чудес

Voyager перевернул представления человечества о его родной Солнечной системе

Популярная механика
Технический специалист Volvo: «Причина 94% аварий — человеческий фактор» Технический специалист Volvo: «Причина 94% аварий — человеческий фактор»

О чем должны помнить водители и особенно родители детей за рулем?

РБК
Мужской мозг отличился большей вариативностью Мужской мозг отличился большей вариативностью

Особенно ярко гендерные различия мозга выражены в молодом возрасте

N+1
Игорь Дуардович: Поэзия как этап взросления. Можно ли вырасти из стихов, как из пеленок, игрушек и субкультур Игорь Дуардович: Поэзия как этап взросления. Можно ли вырасти из стихов, как из пеленок, игрушек и субкультур

Почему, говоря о поэзии, мы так или иначе затрагиваем тему возраста?

СНОБ
Жизнь взаймы: кто зарабатывает на прокате вещей миллионы и почему шеринг скоро захватит мир Жизнь взаймы: кто зарабатывает на прокате вещей миллионы и почему шеринг скоро захватит мир

У истоков шеринг-экономики стоял стартап по аренде одежды

Forbes
Идем по следу Идем по следу

Истории девушек, которые смогли принять свои шрамы

Vogue
Открыть в приложении