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

10 самых остроумных и жестоких наказаний для игровых пиратов 10 самых остроумных и жестоких наказаний для игровых пиратов

Видеоигровая индустрия почти всегда страдала от пиратства

Популярная механика
Работа над собой: кроссфит — универсальный спорт и шанс получить сильное и выносливое тело Работа над собой: кроссфит — универсальный спорт и шанс получить сильное и выносливое тело

Все, что нужно: сила воли и опытный наставник!

Playboy
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Тестовое задание и испытательный срок: как работодатели могут тебя обмануть Тестовое задание и испытательный срок: как работодатели могут тебя обмануть

На что ты готова, чтобы получить работу?

Cosmopolitan
Белое золото пустыни Белое золото пустыни

Места добычи лития — главного элемента аккумуляторов — поражает белая смерть

GQ
Привратник интернета: чем Google грозит иск от властей США Привратник интернета: чем Google грозит иск от властей США

Google обвиняют в том, он монополизировал рынок поиска и поисковой рекламы

Forbes
10 киноляпов, которые пошли фильмам на пользу 10 киноляпов, которые пошли фильмам на пользу

Ошибка во благо — известный феномен. В музыке случается часто, в кино — реже

Maxim
Ученые построили модель оползней, вызывающих цунами Ученые построили модель оползней, вызывающих цунами

Ученые смоделировали оползневые цунами

Популярная механика
Скольких жизней стоила первая высадка человека на Луну Скольких жизней стоила первая высадка человека на Луну

За победу в лунной гонке Штаты дорого заплатили, и речь не только о деньгах

Популярная механика
«Мне всё равно, когда и сколько часов работают сотрудники, если в итоге они делают свою работу». Ивон Шуинар, Patagonia, — о бизнесе, осознанности и смерти «Мне всё равно, когда и сколько часов работают сотрудники, если в итоге они делают свою работу». Ивон Шуинар, Patagonia, — о бизнесе, осознанности и смерти

Ивон Шуинар — об осознанном потреблении и неприятии типичной иерархии в компании

Inc.
Пуха не будет? Что нужно знать о кератиновом выпрямлении волос: плюсы и минусы Пуха не будет? Что нужно знать о кератиновом выпрямлении волос: плюсы и минусы

Что нужно знать тем, кто решил пойти «прямой дорогой» к красивым волосам?

Cosmopolitan
Остров тишины Остров тишины

Брутальная пятидесятишестиметровая квартира по проекту Марии Петровой

AD
Генетические вариации заставили принять вонь тухлой рыбы за запах карамели Генетические вариации заставили принять вонь тухлой рыбы за запах карамели

Обнаружены последовательности, которые меняют восприятие запаха тухлой рыбы

N+1
Что такое клаттеркор и чем он отличается от накопительства Что такое клаттеркор и чем он отличается от накопительства

В моде беспорядок или упорядоченный хаос

GQ
Водителя лишили прав на пустом месте. Как не попасть в такую ловушку Водителя лишили прав на пустом месте. Как не попасть в такую ловушку

Как не стать жертвой автоподставы?

РБК
8 фильмов об Италии 8 фильмов об Италии

Классические и современные фильмы, передающие дух Италии

GQ
Я устал, я ухожу? Почему Хабиб ушел из спорта — и что будет дальше с UFC Я устал, я ухожу? Почему Хабиб ушел из спорта — и что будет дальше с UFC

С чем связана популярность Хабиба и что будет с UFC после ухода его звезды

Esquire
Проблема второго шага: сможет ли Алексей Навальный сыграть свою новую роль на политической сцене России Проблема второго шага: сможет ли Алексей Навальный сыграть свою новую роль на политической сцене России

Алексей Навальный уже давно играет на политической сцене страны уникальную роль

Forbes
Достучались до небес Достучались до небес

Публикации «Огонька» об уничтожении уникального сорта пшеницы дали плоды

Огонёк
Кузькины бабушки Кузькины бабушки

Новая и стильная экранизация одной из самых жутких сказок Роальда Даля

Weekend
Сила пробиотиков Сила пробиотиков

Как поддержать в тонусе и формы, и внутренние системы организма

Худеем правильно
Чилийцы добились размножения редчайших лягушек из пустыни Атакама Чилийцы добились размножения редчайших лягушек из пустыни Атакама

Год назад в мире оставалось 14 лоанских свистунов, но теперь их уже почти 200

N+1
Венера в зените Венера в зените

Лучшие способы улучшить или попросту вернуть ощущения от секса

Vogue
«Любовь — это всегда про грусть. И секундное счастье» «Любовь — это всегда про грусть. И секундное счастье»

Рената Литвинова берет интервью у своей дочери Ульяны Добровской

OK!
Правила жизни Никиты Михалкова Правила жизни Никиты Михалкова

Правила жизни режиссера и «бесогона» Никиты Михалкова

Esquire
Ученые испытали надежный сверхпроводящий кабель Ученые испытали надежный сверхпроводящий кабель

Новые границы использования сверхпроводящих кабелей

N+1
5 провальных способов похудеть, в которые поверили миллионы людей 5 провальных способов похудеть, в которые поверили миллионы людей

Общество порождало поистине чудовищные способы стать стройнее

Maxim
Кофе, вода из-под крана и еще 6 неожиданных причин для появления прыщей Кофе, вода из-под крана и еще 6 неожиданных причин для появления прыщей

Что вызывает прыщи на лице?

Cosmopolitan
Русские гонки Русские гонки

Первый Кубок России по авиагонкам прошел 19 сентября в Орешково

Популярная механика
Весь Ковчег — театр Весь Ковчег — театр

Деревня со своим репертуаром

Огонёк
Открыть в приложении