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

Любопытный – значит успешный Любопытный – значит успешный

Книга о том, как владение информацией позволяет владеть миром

kiozk originals
Хорошая партия. Гении и аутсайдеры в новом проекте Netflix «Ход королевы» Хорошая партия. Гении и аутсайдеры в новом проекте Netflix «Ход королевы»

О взлетах и падениях Бет Хармон и мини-сериала «Ход королевы»

Forbes
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
Цифровой «шабат»: гид по выстраиванию здоровых отношений со смартфоном без абьюза, зависимости и газлайтинга Цифровой «шабат»: гид по выстраиванию здоровых отношений со смартфоном без абьюза, зависимости и газлайтинга

Отрывок из книги Кэтрин Прайс «Оторвись от телефона!»

Inc.
Саундтреки к фильмам Тарантино: от худшего к лучшему Саундтреки к фильмам Тарантино: от худшего к лучшему

Отличительная черта фильмов Тарантино — саундтреки

Maxim
10 раз, когда актеры бессовестно врали, чтобы получить роль 10 раз, когда актеры бессовестно врали, чтобы получить роль

Иногда актерское мастерство заключается в том, чтобы обмануть всех вокруг

Maxim
Кремний с нанопорами — материал с неисчерпаемыми возможностями Кремний с нанопорами — материал с неисчерпаемыми возможностями

Нанопористый кремний — перспективный материал для микроэлектроники и биомедицины

Наука и жизнь
Сила пробиотиков Сила пробиотиков

Как поддержать в тонусе и формы, и внутренние системы организма

Худеем правильно
Что такое осень? Что такое осень?

Время для неспешных прогулок, размышлений, свиданий и ярких фотографий...

Лиза
5 неожиданно полезных привычек 5 неожиданно полезных привычек

Оказывается, шаги к настоящему успеху и продуктивности могут быть очень простыми

Cosmopolitan
Ты же девочка! Алина Фаркаш о том, как дискриминируют женщин, не замечая этого Ты же девочка! Алина Фаркаш о том, как дискриминируют женщин, не замечая этого

Как общество дискриминирует женщин и девочек

Cosmopolitan
Во что я верю Во что я верю

За 25 лет в бьюти-индустрии многое изменилось

Домашний Очаг
Одна вокруг света: вымогательства на таможне и коллега по путешествиям Одна вокруг света: вымогательства на таможне и коллега по путешествиям

90-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко

Forbes
Как бренды борются сегодня за аудиторию и зачем им «человеческое лицо» Как бренды борются сегодня за аудиторию и зачем им «человеческое лицо»

Сторителлинг стал главным оружием брендов в борьбе за лояльную аудиторию

РБК
Интервью с вице-президентом по управлению персоналом МТС Татьяной Чернышевой Интервью с вице-президентом по управлению персоналом МТС Татьяной Чернышевой

О новых форматах образования, лидерах будущего и книгах, которые помогут выжить

СНОБ
Деменция, моя любовь Деменция, моя любовь

Дебютный фильм Вигго Мортенсена «Падение» — история об отношениях с родителями

Weekend
Бьюти-лайфхаки Бьюти-лайфхаки

Что нужно знать, чтобы всегда оставаться красивой

Худеем правильно
Что произойдет, если все в мире станут веганами Что произойдет, если все в мире станут веганами

Что бы произошло, если бы все на Земле отказались от мяса и животных продуктов?

Популярная механика
Тест-драйв Renault Arkana Тест-драйв Renault Arkana

Стоит ли Renault Arkana?

СНОБ
Симулятор войны Симулятор войны

Современные дети не играют в войну, зато в нее играют их родители

Популярная механика
Как сложилась судьба наших ЭКС и почему нас это волнует? Рассуждает Алина Фаркаш Как сложилась судьба наших ЭКС и почему нас это волнует? Рассуждает Алина Фаркаш

Зачем девушки пишут своим бывшим

Cosmopolitan
Офис для лётчика Офис для лётчика

Квартира для работы и переговоров

SALON-Interior
Одна вокруг света. Как построить дорогу в Камбодже, встретить саперов и избежать мин времен гражданской войны Одна вокруг света. Как построить дорогу в Камбодже, встретить саперов и избежать мин времен гражданской войны

92-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и собаки Греты

Forbes
Иван Бунин. На перепутье Иван Бунин. На перепутье

Эмиграция не простила Бунину встреч с советским послом

Караван историй
«В мире постправды многое остается за скобками»: директор Некрасовки — о том, зачем в ХХI веке еще нужны библиотеки и как привлечь туда молодежь «В мире постправды многое остается за скобками»: директор Некрасовки — о том, зачем в ХХI веке еще нужны библиотеки и как привлечь туда молодежь

О библиотеках не принято думать как о бизнесе, хотя по факту они могут им быть

Forbes
«Реквиему по мечте» — 20 лет. Вспоминаем самый прямолинейный и человечный фильм Даррена Аронофски «Реквиему по мечте» — 20 лет. Вспоминаем самый прямолинейный и человечный фильм Даррена Аронофски

«Реквием по мечте» — мрачное предупреждение поколению нежных мечтателей

Esquire
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
Я, робо сапиенс Я, робо сапиенс

В ближайшие сто лет тело человека изменится сильнее, чем за всю историю эволюции

GQ
Месть внука Месть внука

Сын казнённого царевича Алексея едва не пустил прахом все начинания деда

Дилетант
Кто и зачем снимает короткометражное кино Кто и зачем снимает короткометражное кино

Что происходит с последним — короткометражным кино

СНОБ
Открыть в приложении