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

Как проверить совместимость процессора и видеокарты Как проверить совместимость процессора и видеокарты

Может ли в принципе процессор не соответствовать видеокарте или наоборот?

CHIP
Может ли минеральная вода навредить зубам: мнение эксперта Может ли минеральная вода навредить зубам: мнение эксперта

В медиа все чаще появляются публикации о том, что минералка вредит зубам

Psychologies
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
Игрунок заподозрили в самоодомашнивании Игрунок заподозрили в самоодомашнивании

Ранее предполагалось, что этот процесс характерен для людей и бонобо

N+1
Какой разгон до 100 км/ч может выдержать человек Какой разгон до 100 км/ч может выдержать человек

Насколько быстрый разгон способно выдержать человеческое тело?

Популярная механика
Больной человек Европы Больной человек Европы

История прокладки Багдадской железной дороги, приблизившей Первую мировую войну

Forbes
Петен: гордость Франции и символ предательства Петен: гордость Франции и символ предательства

До 1940 года Петен считался национальным героем, а после — гнусным изменником

Дилетант
История невероятного побега из тюрьмы британского шпиона, работавшего на советскую разведку История невероятного побега из тюрьмы британского шпиона, работавшего на советскую разведку

Шпион Джордж Блейк бежал из тюрьмы прямо в СССР

Maxim
Разговорчики в Минстрою Разговорчики в Минстрою

Происходит ли передел реставрационного рынка?

Огонёк
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
Потребителей бесит, когда им навязывают осознанное потребление. Перестаньте это делать, если хотите изменить их привычки Потребителей бесит, когда им навязывают осознанное потребление. Перестаньте это делать, если хотите изменить их привычки

Какая стратегия поможет сформировать экологические привычки более эффективно?

Inc.
Ссора с Ричардом Гиром из-за курицы и еще 9 фактов из жизни Сильвестра Сталлоне Ссора с Ричардом Гиром из-за курицы и еще 9 фактов из жизни Сильвестра Сталлоне

Сильвестр Сталлоне — лицо сразу нескольких десятилетий голливудских боевиков

Cosmopolitan
Уловки интернет-магазинов: как перестать на них попадаться? Уловки интернет-магазинов: как перестать на них попадаться?

Плохая новость: за нами следят, но не Большой брат, а интернет-магазины

Psychologies
Как успокоиться и уснуть за 2 минуты Как успокоиться и уснуть за 2 минуты

Если вы ворочаетесь и не можете уснуть попробуйте метод Бада Винтера

Inc.
Помада на зубах и еще 9 непростительных «ляпов», которые испортят любой макияж Помада на зубах и еще 9 непростительных «ляпов», которые испортят любой макияж

Эти 10 проколов способны испортить любой мейкап

Cosmopolitan
Зайки и лужайки: 6 очень плохих причин рожать ребенка Зайки и лужайки: 6 очень плохих причин рожать ребенка

На самом деле, есть только одна причина, чтобы стать матерью

Cosmopolitan
Тратить все твои деньги вместе Тратить все твои деньги вместе

Научиться говорить с партнером о финансах, чтобы поддержать отношения

Psychologies
Как сделать любой образ стильным — 7 простых приемов, которые ты легко освоишь Как сделать любой образ стильным — 7 простых приемов, которые ты легко освоишь

Как необычно обыграть повседневное сочетание?

Cosmopolitan
Деньги из детства Деньги из детства

Узнай, как изменить свои финансовые настройки

Лиза
Гений нетворкинга: договориться с наркобароном, Ридли Скоттом и Дензелом Вашингтоном и снять фильм об американской мечте Гений нетворкинга: договориться с наркобароном, Ридли Скоттом и Дензелом Вашингтоном и снять фильм об американской мечте

Как питчить свои идеи и принимать отказы

Inc.
Писатели утверждают, что человечество прошло точку невозврата Писатели утверждают, что человечество прошло точку невозврата

Во всем, что будет дальше, мы должны винить только себя

GQ
Как использовать городское пространство на благо ребенка Как использовать городское пространство на благо ребенка

Как организовать пространство для ребенка, чтобы сделать развитие гармоничным

СНОБ
13 способов выглядеть самым умным на совещании 13 способов выглядеть самым умным на совещании

Изучи, используй и жди прибавки к зарплате

Maxim
Вера в свою уникальность — лишь приятный самообман? Вера в свою уникальность — лишь приятный самообман?

Нам приятно думать, что мы уникальны, но так ли это на самом деле?

Psychologies
Как снять свой фильм и не облажаться: подробный гид начинающего киношника Как снять свой фильм и не облажаться: подробный гид начинающего киношника

Заряжаемся уверенностью и начинаем снимать свой фильм

Playboy
Глава из книги Оушен Вуонг «Лишь краткий миг земной мы все прекрасны» Глава из книги Оушен Вуонг «Лишь краткий миг земной мы все прекрасны»

Первая глава книги «Лишь краткий миг земной мы все прекрасны»

СНОБ
Как требовать прибавку к зарплате Как требовать прибавку к зарплате

Как попросить прибавку к зарплате, не прибегая к угрозам!

Maxim
Предприниматели боятся активизма сотрудников, потому что не хотят делиться властью в компании. Артём Темиров отвечает Брайану Армстронгу Предприниматели боятся активизма сотрудников, потому что не хотят делиться властью в компании. Артём Темиров отвечает Брайану Армстронгу

Правда ли то, что активизм сотрудников ведёт к расфокусу и разобщению команды?

Inc.
Кто и зачем снимает короткометражное кино Кто и зачем снимает короткометражное кино

Что происходит с последним — короткометражным кино

СНОБ
Пробы на жалкую роль Пробы на жалкую роль

Игорь Гулин о дневнике Юрия Нагибина как литературном проекте

Weekend
Открыть в приложении