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

На кемадеро в санбенито На кемадеро в санбенито

Инквизиция на долгое время стала чуть ли не символом Испании

Дилетант
С упорством трактора С упорством трактора

Металлургия занимает одно из главных мест в российской экономике

РБК
Модели мира: как мы используем знакомые предметы, чтобы понять Вселенную Модели мира: как мы используем знакомые предметы, чтобы понять Вселенную

Часы, паровые машины, компьютеры — каждому веку соответствовала своя концепция

Reminder
Слова, которые выдают, что вы не нравитесь боссу или коллегам Слова, которые выдают, что вы не нравитесь боссу или коллегам

Что делать, если вы тот самый коллега, который всех раздражает?

Psychologies
Воздвиженское: пристанище Русского Севера в Подмосковье Воздвиженское: пристанище Русского Севера в Подмосковье

«Плотницкий двор "Новое старое" — место, где воссоздают традиционный быт

National Geographic
Понять риски: как изменились диагностика и лечение рака груди Понять риски: как изменились диагностика и лечение рака груди

Как и когда проходить обследования, чтобы не пропустить рак груди?

Forbes
«Мама приходит с работы»: чего хотят женщины после тяжелого дня? «Мама приходит с работы»: чего хотят женщины после тяжелого дня?

Вечер трудного дня: как помочь мамам восстановиться после работы

Psychologies
Марина Разбежкина: да, нет, не знаю Марина Разбежкина: да, нет, не знаю

«Нужно жить с любопытством ко всему, что нас окружает»

Glamour
Не только Станиславский: что сейчас происходит в современном театре и как воспринимают теперь Чехова Не только Станиславский: что сейчас происходит в современном театре и как воспринимают теперь Чехова

Отрывок из книги Петера Сонди «Теория современной драмы»

Esquire
Отрывок из книги Патрика Несса «Освобождение» Отрывок из книги Патрика Несса «Освобождение»

Роман Патрика Несса «Освобождение» про один день из жизни подростка-гомосексуала

СНОБ
«Не все в этой жизни про деньги»: банкир Татьяна Орлова — о продаже семейного дела после смерти отца, рисках акционера и борьбе с мужчинами «Не все в этой жизни про деньги»: банкир Татьяна Орлова — о продаже семейного дела после смерти отца, рисках акционера и борьбе с мужчинами

Почему Татьяне Орловой пришлось продать семейный бизнес после смерти отца

Forbes
4 причины, почему ты потерял мотивацию (и что с этим делать) 4 причины, почему ты потерял мотивацию (и что с этим делать)

Четыре наиболее распространенные причины утраты мотивации

Playboy
На таком поводке, что нельзя дышать На таком поводке, что нельзя дышать

Распознать абьюз и выйти из круга насилия

Psychologies
Постоянная величина Постоянная величина

Марина Соломонова рассказала про правила устройства домашней библиотеки

Seasons of life
Сыр, пир и мир в медицинской маске Сыр, пир и мир в медицинской маске

Почему гостей истринского сырного фестиваля пугали цены на вино

Forbes
10 необычных Audi 10 необычных Audi

Посмотрим на самые необычные Audi в истории

Популярная механика
Море спокойствия Море спокойствия

Новые задачи для проекта спасения океанов: рост запасов рыбы и улучшение климата

National Geographic
Вегетарианство и спорт: 10 чемпионок, которые отказались от мяса Вегетарианство и спорт: 10 чемпионок, которые отказались от мяса

Эти женщины добились невероятных успехов, выбрав вегетарианство

РБК
Монохром, клетчатые пиджаки и цветные носки: как Эндрю Скотт одевается на выход Монохром, клетчатые пиджаки и цветные носки: как Эндрю Скотт одевается на выход

Главные составляющие стиля Эндрю Скотта

Esquire
«Inside out: моя неидеальная история»: Деми Мур рассказывает, как она пережила насилие «Inside out: моя неидеальная история»: Деми Мур рассказывает, как она пережила насилие

Отрывок из автобиографии Деми Мур

Esquire
Режиссер Филипп Юрьев — о своем фильме Kitoboy, Чукотке и совпадениях Режиссер Филипп Юрьев — о своем фильме Kitoboy, Чукотке и совпадениях

Филипп Юрьев о Kitoboy — это настоящая одиссея, а не мрачный арт-хаус

РБК
Насекомые, наша еда и шестое массовое вымирание: какая между всем этим связь? Насекомые, наша еда и шестое массовое вымирание: какая между всем этим связь?

Что происходит с шестым массовым вымиранием на нашей планете на самом деле

Naked Science
Проблема чайного пакетика: почему чай “сбегает” из чашки Проблема чайного пакетика: почему чай “сбегает” из чашки

Как остановить чайный побег из кружки

Популярная механика
Кто в тереме живет? Кто в тереме живет?

Жостовские шкатулки и русские терема подсказали дизайнерам интерьер квартиры

AD
Пенелопа Крус: «В каждом фильме начинаю всё с нуля» Пенелопа Крус: «В каждом фильме начинаю всё с нуля»

Пенелопа Крус – о карьере парикмахера, упрямстве и умении радоваться мелочам

Cosmopolitan
Красный пояс: как семья Ротенбергов меняет российский спорт Красный пояс: как семья Ротенбергов меняет российский спорт

Широкий спектр спортивных интересов семьи Ротенбергов

Forbes
Фитнес-подсказки Фитнес-подсказки

Фитнес-тренеры отвечают на самые популярные вопросы о занятиях спортом

Худеем правильно
Вожди не играют в театр. Почему Владимир Путин боится проявлять эмоции Вожди не играют в театр. Почему Владимир Путин боится проявлять эмоции

Демонстрацию семейных ценностей президент России считает не более чем показухой

СНОБ
Правила жизни Хельмута Ньютона Правила жизни Хельмута Ньютона

Мир совсем другой, когда смотришь на него через видоискатель

Esquire
Деньги из детства Деньги из детства

Узнай, как изменить свои финансовые настройки

Лиза
Открыть в приложении