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

На старт, внимание На старт, внимание

Новую гонку ведущих космических держав можно считать открытой

Популярная механика
7 цветов в одежде, которые делают образ дороже и всегда актуальны 7 цветов в одежде, которые делают образ дороже и всегда актуальны

Чтобы собрать «дорогой» образ, необязательно тратить на одежду кучу денег

Cosmopolitan
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
10 необычных Citroën 10 необычных Citroën

Citroën всегда славилась революционными дизайнерскими решениями

Популярная механика
«Создатель эмоций». Ресторатор Антон Пинский о профессиональных премиях, партнерах и локдауне «Создатель эмоций». Ресторатор Антон Пинский о профессиональных премиях, партнерах и локдауне

Антон Пинский о том, как создать успешный ресторан

СНОБ
Месть внука Месть внука

Сын казнённого царевича Алексея едва не пустил прахом все начинания деда

Дилетант
Девушка, которая поет Девушка, которая поет

Певица ANIKV прославилась, как и полагается миллениалам, благодаря Instagram

Grazia
Мучает боль в мышцах? 5 способов ускорить восстановление после тренировки Мучает боль в мышцах? 5 способов ускорить восстановление после тренировки

Опять не можешь встать после трени?

Playboy
Ученые рассказали, какой будет еда в 2030 году Ученые рассказали, какой будет еда в 2030 году

Ученые о будущем продуктовой индустрии

Популярная механика
На своем месте На своем месте

В этом году в жизни Владимира Мединского большие перемены

GQ
Как выбрать профессию, если тебя ничего не интересует: 3 главных нюанса Как выбрать профессию, если тебя ничего не интересует: 3 главных нюанса

Где-то работать все-таки надо

Playboy
Как американцы обломком космической ракеты убили кубинскую корову Как американцы обломком космической ракеты убили кубинскую корову

Самая нелепая жертва холодной войны

Maxim
Бесчувственное тело. Как жертва сексуального насилия сумела изменить калифорнийское законодательство Бесчувственное тело. Как жертва сексуального насилия сумела изменить калифорнийское законодательство

Книга жертвы насилия «Знай мое имя. Правдивая история», ставшую бестселлером

Forbes
Как придумать имя компании: 4 совета по неймингу от экспертов Как придумать имя компании: 4 совета по неймингу от экспертов

Как создать запоминающееся название для бренда

Playboy
Где прячется мотивация? Где прячется мотивация?

Наша способность побеждать зависит от баланса глутамина и глутамата

Здоровье
Условия Земли оказались не самыми пригодными для жизни Условия Земли оказались не самыми пригодными для жизни

Ученые считают, что есть во Вселенной места и получше

Популярная механика
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.
Отец тут рядом Отец тут рядом

Фильм «И вот мы здесь» — история человека с ментальным расстройством и его отца

Weekend
Ну ты и фрукт! Ну ты и фрукт!

Часто причиной лишнего веса становится чрезмерное потребление фруктов

Худеем правильно
«Опасная идея Дарвина: эволюция и смысл жизни» «Опасная идея Дарвина: эволюция и смысл жизни»

Отрывок из книги Тафтса Дэниела Деннета о новом взгляде на теорию Дарвина

N+1
Периоды детского развития: от 7 до 12 лет Периоды детского развития: от 7 до 12 лет

С какими задачами развития сталкиваются дети в возрасте от 7 до 12 лет?

Psychologies
В главных гендерных ролях В главных гендерных ролях

Зинаида Пронченко под хруст чурчхелы размышляет о судьбе русского кино

GQ
Большие маленькие деньги Большие маленькие деньги

Татьяна Алешичева о быте и нравах Верхнего Ист-Сайда в сериале Дэвида Келли

Weekend
Почему теннисные корты больше не делают синего цвета Почему теннисные корты больше не делают синего цвета

Раньше трава была зеленее, а теннисные корты — синее

Maxim
Как устроены опоры ЛЭП Как устроены опоры ЛЭП

Что может быть обыденнее линий электропередач?

Популярная механика
Мама, анархия! Как пережить кризис трех лет Мама, анархия! Как пережить кризис трех лет

Родителей трехлеток всегда видно в толпе

Домашний Очаг
Успеть за 15 секунд Успеть за 15 секунд

Людям надоело притворяться – в TikTok они остаются собой

Популярная механика
Почему миксины способны пережить укус акулы Почему миксины способны пережить укус акулы

Феноменальные способности круглоротых червей миксин

Популярная механика
Толстые лори применили яд против сородичей Толстые лори применили яд против сородичей

Оказывается, толстые лори используют яд не только против насекомых и хищников

N+1
Рошин Мерфи Рошин Мерфи

Певица, 47 лет, Арклоу, Ирландия

Esquire
Открыть в приложении