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

9 фактов о Византийской империи, которые вы наверняка не знали 9 фактов о Византийской империи, которые вы наверняка не знали

О наследии великой Византии

Популярная механика
В США поймали кардинала-гинандроморфа В США поймали кардинала-гинандроморфа

У этой птицы левая сторона окрашена как у самки, а правая как у самца

N+1
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Полоса удачи Полоса удачи

Что такое тейпирование и помогает ли оно подтянуть овал лица

Лиза
«Нельзя бухать, надо спать и заниматься спортом. Что тут гениального?»: российские предприниматели о советах Павла Дурова «Нельзя бухать, надо спать и заниматься спортом. Что тут гениального?»: российские предприниматели о советах Павла Дурова

Что российские предприниматели думают о принципах жизни Павла Дурова

Forbes
Стать родителями: почему не все этого хотят? Стать родителями: почему не все этого хотят?

Финансовые проблемы, завышенные ожидания от матери и другие причины

Psychologies
Пойти по следу Пойти по следу

Как избавиться от пигментации и последствий акне?

Лиза
Вторая попытка вернуть ворон на Гавайи закончилась неудачей Вторая попытка вернуть ворон на Гавайи закончилась неудачей

Редкие гавайские вороны не смогли выжить в дикой природе

N+1
Путешествие из Москвы в Петербург Путешествие из Москвы в Петербург

Максим Матвеев за свои поступки и роли отвечает

Glamour
12 качеств по-настоящему классных людей 12 качеств по-настоящему классных людей

Многие из нас хотели бы стать «круче», но как это сделать?

Psychologies
Лиза Арзамасова. Пусть каждый день удивляет Лиза Арзамасова. Пусть каждый день удивляет

Лиза Арзамасова рассказывает о любви, доме, карьере и влиянии имени на характер

Лиза
В Марокко нашли птерозавра с тонким беззубым клювом В Марокко нашли птерозавра с тонким беззубым клювом

Судя по всему, крылатая рептилия добывала корм, зондируя ил длинным клювом

N+1
Уйди, противник! 14 странных армейских ритуалов и испытаний Уйди, противник! 14 странных армейских ритуалов и испытаний

От этих фотографий волосы встают на голове

Maxim
B-12: вертолет-гигант, который не летал B-12: вертолет-гигант, который не летал

Как сложилась судьба винтокрылого гиганта В-12

Популярная механика
Мисс Израиль, инструктор по боевым действиям и чудо-женщина. Как актриса Галь Гадот попала в рейтинг Forbes c $31,5 млн Мисс Израиль, инструктор по боевым действиям и чудо-женщина. Как актриса Галь Гадот попала в рейтинг Forbes c $31,5 млн

Как Галь Гадот удалось попала в рейтинг Forbes

Forbes
Скраб, махровое полотенце и еще 8 ошибок в уходе, которые «убьют» твою кожу Скраб, махровое полотенце и еще 8 ошибок в уходе, которые «убьют» твою кожу

Давай спасать твою кожу вместе!

Cosmopolitan
Как отношения в одной семье могут изменить целую отрасль Как отношения в одной семье могут изменить целую отрасль

История основателей «Группы Черкизово»

Forbes
«Анастасию добили штыками»: рассекречены подробности расстрела царской семьи «Анастасию добили штыками»: рассекречены подробности расстрела царской семьи

Новые детали убийства семьи последнего императора России Николая II

Cosmopolitan
Химерный белок улучшил регенерацию трансгенной пшеницы Химерный белок улучшил регенерацию трансгенной пшеницы

Теперь готовые растения можно получить в полтора раза быстрее

N+1
Собрать команду, придумать идею и поднять первый раунд инвестиций. История о том, как хакатоны помогают стартапам и что делать после них Собрать команду, придумать идею и поднять первый раунд инвестиций. История о том, как хакатоны помогают стартапам и что делать после них

Что такое хакатоны и зачем они нужны

Inc.
Под крышей дома твоего Под крышей дома твоего

Архитектор Наталия Мольбо оформила в Воронеже квартиру с мансардой

AD
Жерар Салама: «50 лет – возраст, когда женщина должна быть полна энергией» Жерар Салама: «50 лет – возраст, когда женщина должна быть полна энергией»

Французский гинеколог отвечает на самые актуальные вопросы о женском здоровье

Здоровье
30 лет «Сапёру»: 5 фактов о главной офисной забаве 30 лет «Сапёру»: 5 фактов о главной офисной забаве

«Косынка» для настоящих мужчин!

Maxim
Сильные мира сего Сильные мира сего

Безопасный способ обретения нечеловеческой силы

GQ
«Как квакеры спасали Россию» «Как квакеры спасали Россию»

Работа квакерской миссии, заставшей революцию 1917 года в Бузулукском уезде

N+1
В Китае нашли три самых древних в Евразии мяча В Китае нашли три самых древних в Евразии мяча

Вероятно, игра с ними напоминала современное поло

N+1
13 самых частых проблем в браке, с которыми сталкивается большинство пар 13 самых частых проблем в браке, с которыми сталкивается большинство пар

В браках часто что-то идет не так

Playboy
Как закончить токсичные отношения с деньгами: объясняет психолог из Гарварда Как закончить токсичные отношения с деньгами: объясняет психолог из Гарварда

К деньгам должен быть определенный подход

Playboy
Место рождения Место рождения

Узнаем о корнях журнала и посещаем офис Hubert Burda Media

Лиза
«Все великие художники воруют»: почему большинство российских IT-компаний нельзя назвать инновационными «Все великие художники воруют»: почему большинство российских IT-компаний нельзя назвать инновационными

Крупнейшие российские IT-компании не являются инноваторами

Forbes
Открыть в приложении