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

Космический туризм: что нужно узнать и сделать перед  рейсом к звездам Космический туризм: что нужно узнать и сделать перед  рейсом к звездам

«Космический туризм» раздел постоянно обновляющихся новостей

Популярная механика
Первый вице-президент Первый вице-президент

Алексей Попович о ключевых стратегиях развития современного банка

Esquire
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Там, где память становится врагом: фрагмент антиутопии Ёко Огавы Там, где память становится врагом: фрагмент антиутопии Ёко Огавы

Отрывок из психологического триллера Ёко Огавы о ценности детальности

Esquire
Пища счастья Пища счастья

Продукты, которые необходимо включить в рацион поздней осенью, чтобы жить лучше

Худеем правильно
Марина Разбежкина: да, нет, не знаю Марина Разбежкина: да, нет, не знаю

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

Glamour
Как заполучить миллион подписчиков в Instagram? Как заполучить миллион подписчиков в Instagram?

Зачем нужен миллион подписчиков в Инстаграме?

Cosmopolitan
Для него и для неё Для него и для неё

Статусный интерьер с мужским характером

SALON-Interior
Как перестать бояться собеседований Как перестать бояться собеседований

Как перестать бояться собеседований и произвести позитивное впечатление?

СНОБ
Мудборд: клип «Утекай» группы «Мумий Тролль» как актуальное модное руководство Мудборд: клип «Утекай» группы «Мумий Тролль» как актуальное модное руководство

Образы и стилистические приемы, которыми можно вдохновиться прямо сейчас

Esquire
Эти странные силы инерции Эти странные силы инерции

Силы инерции — очень необычны

Наука и жизнь
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
Шесть людей, которые не стареют Шесть людей, которые не стареют

Это или Фотошоп, или колдовство

Maxim
Иммунный ответ Иммунный ответ

Кундалини-йога поможет вам сохранить здоровье в холодное время года

Yoga Journal
Дустом их: что, если бы тараканов не было Дустом их: что, если бы тараканов не было

Мы зависим от тараканов

Популярная механика
«Как это бывает в сложное, смутное время, стреляли везде, днем и ночью»: отрывок из мемуаров Шойгу о событиях 1993-го и конфликте на Северном Кавказе «Как это бывает в сложное, смутное время, стреляли везде, днем и ночью»: отрывок из мемуаров Шойгу о событиях 1993-го и конфликте на Северном Кавказе

Две главы из книги — о событиях 1993 года и конфликте на Северном Кавказе

Forbes
Как строят дороги: асфальтовый сэндвич против российской реальности Как строят дороги: асфальтовый сэндвич против российской реальности

Как использование новых технологий укладки асфальта влияет на качество дорог

Популярная механика
«Гарри пришел в ярость»: принц Уильям разозлил брата кознями против Меган Маркл «Гарри пришел в ярость»: принц Уильям разозлил брата кознями против Меган Маркл

Трещина в отношениях сыновей покойной принцессы Дианы

Cosmopolitan
Вопрос психологу: я трудоголик, что мне делать? Вопрос психологу: я трудоголик, что мне делать?

В условиях достигаторства слово «трудоголик» — комплимент, но так ли это хорошо?

Esquire
Артист балета и еще 9 фактов из жизни Данилы Козловского, о которых вы не знали Артист балета и еще 9 фактов из жизни Данилы Козловского, о которых вы не знали

В Даниле Козловском, помимо потрясающей внешности и харизмы, есть еще доброта

Cosmopolitan
Сверхпроводимость добралась до комнатной температуры Сверхпроводимость добралась до комнатной температуры

Фаза высокого давления на основе сероводорода и метана оказалась сверхпроводящей

N+1
5 советов, которые помогут не выгореть в приложениях для знакомств 5 советов, которые помогут не выгореть в приложениях для знакомств

Почему мы не можем остановиться на ком-то одном и продолжаем искать?

Psychologies
И на экране твой любимый герой… И на экране твой любимый герой…

История мистера Дарси из сериала «Гордость и предубеждение» 1995 года

Лиза
10 необычных Nissan 10 необычных Nissan

Интересные и необычные автомобили японского бренда Nissan

Популярная механика
Пицца, сгущенка и картофель фри: что на самом деле едят модели Пицца, сгущенка и картофель фри: что на самом деле едят модели

Модели делятся секретами стройной фигуры, которые не исключают любимых блюд

РБК
10 советских автомобилей, которым не стыдно было оказаться иномарками 10 советских автомобилей, которым не стыдно было оказаться иномарками

Этими автомобилями могло бы гордиться не только отечество…

Maxim
Правила жизни Сергея Бондарчука Правила жизни Сергея Бондарчука

Правила жизни советского и российского кинорежиссёра Сергея Бондарчука

Esquire
Из пункта А-А-А-А-А! Семь ужаснейших дорог планеты Из пункта А-А-А-А-А! Семь ужаснейших дорог планеты

Самые плохие дороги, по которым лучше не передвигаться вообще.

Maxim
Источники питания Источники питания

Лучшие локации для отдыха и лечения на курортах Кавказских Минеральных Вод

Добрые советы
DANYA #6 DANYA #6

Как 18-летний сирота из Оренбурга стал кумиром зумеров

Forbes
Открыть в приложении