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

Неподкупный и безжалостный Неподкупный и безжалостный

Основоположником идейного террора можно считать Робеспьера

Дилетант
Сумасшедший бизнес: 15 моделей, которых называли «слишком полными» Сумасшедший бизнес: 15 моделей, которых называли «слишком полными»

Каждая из этих моделей столкнулась с обвинениями в излишнем весе и унижениями

Cosmopolitan
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Коварный бодипозитив Коварный бодипозитив

Стараться быть лучше или принимать себя таким, какой ты есть?

Лиза
Физики заморозили нанофлюидную каплю в форме цилиндра Физики заморозили нанофлюидную каплю в форме цилиндра

Физики заморозили капли воды и суспензии наночастиц оксида алюминия

N+1
Неочевидная Япония: лисья деревня с ручными кицунэ, Великие будды и горячие источники Хоккайдо Неочевидная Япония: лисья деревня с ручными кицунэ, Великие будды и горячие источники Хоккайдо

Япония хранит в себе много удивительных явлений и мест

Forbes
Рошин Мерфи Рошин Мерфи

Певица, 47 лет, Арклоу, Ирландия

Esquire
3D-принтер напечатал разноцветный филамент из разных материалов 3D-принтер напечатал разноцветный филамент из разных материалов

Нить сшивается из разнородных сегментов и генерируется индивидуально

N+1
4 совета для людей, которые не умеют расслабляться (тебе нужен отдых) 4 совета для людей, которые не умеют расслабляться (тебе нужен отдых)

Когда «вдох-выдох» уже не помогает

Playboy
Электрический аммиак Электрический аммиак

Растворённые в воде нитраты можно превращать в полезный аммиак

Наука и жизнь
Мечта о роли в экранизации Булгакова и еще 9 фактов из жизни Владимира Машкова Мечта о роли в экранизации Булгакова и еще 9 фактов из жизни Владимира Машкова

Владимир Машков — абсолютный любимец российских зрителей

Cosmopolitan
Следовать своему пути Следовать своему пути

Преподаватель Аштанга-йоги Эдди Штерн о сострадании и преемственности в йоге

Yoga Journal
Стыдное удовольствие: как резиновые клоги уз «уродливых» становятся модными Стыдное удовольствие: как резиновые клоги уз «уродливых» становятся модными

Как неказистые клоги перешли из категории ugly shoes в разряд модных

Esquire
На одной ноте На одной ноте

Что помогло Майклу Джексону 5 раз получить премию «Грэмми»

Вокруг света
Врата в Ад: древнеримские жрецы убивали жертв смертельным газом Врата в Ад: древнеримские жрецы убивали жертв смертельным газом

Жуткие ритуалы языческих жрецов древнего Рима

Популярная механика
Пора ли уезжать из России? Пора ли уезжать из России?

Миллионы людей снова задумались о том, что лучше все-таки жить за границей

GQ
«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
О чём тот дуб молчит красноречиво… О чём тот дуб молчит красноречиво…

Ириновский дуб — памятник живой природы

Наука и жизнь
Истории самых знаменитых заставок киностудий Истории самых знаменитых заставок киностудий

Откуда брались все эти горы, львы да серпы с молотами

Maxim
Как Варвара Веденеева заработала миллион на ежедневниках. Главное из подкаста Forbes «Кассовый разрыв» Как Варвара Веденеева заработала миллион на ежедневниках. Главное из подкаста Forbes «Кассовый разрыв»

О бизнесе, построенном по счастливой случайности

Forbes
Нина Шацкая: «Я очень долго стучалась в закрытые двери» Нина Шацкая: «Я очень долго стучалась в закрытые двери»

Нина Шацкая — о своем опыте участия в конкурсах, пении и музыкальной карьере

Караван историй
«Спаси себя сам!» – фильм о диджитал-детоксе как оружии против инопланетного вторжения «Спаси себя сам!» – фильм о диджитал-детоксе как оружии против инопланетного вторжения

«Спаси себя сам!» – фильма о хипстерах, которые пропустили вторжение инопланетян

GQ
Операция «Поимка» Операция «Поимка»

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

Дилетант
Образ Испании в русском искусстве. Часть 2 Образ Испании в русском искусстве. Часть 2

О том, как русские видели Испанию — продолжение

Культура.РФ
«Не мужское дело»: как влияют на нас стереотипы о мужественности? «Не мужское дело»: как влияют на нас стереотипы о мужественности?

Как стереотипы о мужественности мешают людям быть счастливыми

Psychologies
Какие бывают бани и как они устроены Какие бывают бани и как они устроены

Русская баня, финская сауна, хамам и другие виды парных

Популярная механика
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
6 злодеев в хоррорах, которым сопереживаешь сильнее, чем героям 6 злодеев в хоррорах, которым сопереживаешь сильнее, чем героям

Иногда в хоррорах главного злодея можно если не простить, то хотя бы понять

Maxim
В каких местах мужчине положено иметь волосы, а в каких лучше не надо В каких местах мужчине положено иметь волосы, а в каких лучше не надо

Самый полный гайд по эпиляции для мужчин

Maxim
Отрывок из книги Александра Кравцова «Найди ментора» Отрывок из книги Александра Кравцова «Найди ментора»

Для чего нужен ментор, где его найти и как выстроить правильное сотрудничество

СНОБ
Открыть в приложении