Квантовые компьютеры: чем они отличаются об обычных и какие задачи выполняют?

Наука и жизньНаука

На пороге квантового превосходства

Леонид Федичкин, ведущий научный сотрудник Физико-технологического института им. К. А. Валиева РАН (ФТИАН), доцент кафедры теоретической физики им. Л. Д. Ландау МФТИ. Беседу ведёт Наталия Лескова

Леонид Евгеньевич, в 2001 году в «Науке и жизни», в первом номере третьего тысячелетия была опубликована ваша статья «Квантовые компьютеры», в которой вы рассказывали о принципах работы этих вычислительных устройств и о том, какие перспективы открывает их использование. Оправдались ли ваши ожидания?

— Развитие квантовых вычислений происходит именно в том направлении, которое ожидалось, но примерно раза в два-три медленнее, чем могло бы. Прогресс в области «железа» (hardware) — элементной базы квантовых компьютеров оказался не таким быстрым, как прогнозировалось, однако это отчасти компенсировано ускоренным развитием в области программного обеспечения (software). Существующие квантовые компьютеры имеют память небольшого размера, подвержены шумам, недостаточно точно исполняют команды и способны выполнить только малое число элементарных шагов в одном цикле вычислений. Но благодаря новым идеям, новым подходам, новым принципам написания программ удаётся на программном уровне уравновесить недостатки физической основы квантовых компьютеров. Разработчики квантовых алгоритмов проявляют всю свою изобретательность, чтобы использовать то, что есть сейчас.

— Чем квантовые алгоритмы отличаются от обычных?

— Чтобы это уяснить, надо понять, чем квантовый компьютер отличается от обычного компьютера классической архитектуры. Полезно рассмотреть его функционирование с разных точек зрения.

С одной стороны, можно считать, что квантовый компьютер — это расширенная версия уже привычного нам обычного компьютера. Если необходимо, он может вести себя как обычный, но при этом у него есть дополнительные возможности: запись не только классических чисел, но и сцепленных состояний в квантовую память и расширенный набор команд, к которому тоже можно прибегать, чтобы сэкономить шаги и ускорить вычисления.

С другой стороны, важно понимать, что квантовый компьютер, чтобы продемонстрировать вычислительное преимущество, должен, по крайней мере иногда, оказываться способным обрабатывать информацию в состоянии квантового параллелизма, когда его квантовая память будет в одно и то же время представлять суперпозицию большого количества совершенно различных битовых последовательностей.

Кроме того, квантовый компьютер можно рассматривать как своего рода чёрный ящик со множеством доступных нам цифровых входов, выходов и рычагов управления. При этом ящик не совсем чёрный: описать, как по отдельности связаны между собой любые его узлы, возможно, но на то, чтобы описать его работу во всей совокупности, не хватит вычислительных возможностей никаких существующих суперкомпьютеров. Однако можно надеяться приспособить его для решения практически полезных задач.

— Какие это задачи?

— Квантовый компьютер себя хорошо показывает, когда для поиска наилучшего решения требуется перебрать много дискретных вариантов. Он на порядки сокращает перебор возникающих комбинаций, значительно ускоряет процесс. Задач только такого плана уже довольно много. Например, задачи в логистике, когда нужно осуществить ряд шагов и на каждом шаге — выбрать одну из нескольких возможностей. Получается, что число комбинаций довольно быстро выходит из-под контроля. Представьте: 100 шагов и на каждом шаге — 100 возможностей. Такие задачи есть в бизнесе, в экономике, там нужно принимать много решений и последовательно получать выгоду. В повседневной жизни оптимально распланировать свой день или уложить рюкзак — тоже сложные задачи, если задуматься об этом серьёзно.

Леонид Евгеньевич Федичкин

— Вы считаете, что со временем квантовые компьютеры станут частью жизни каждого из нас?

— Да, это обязательно произойдёт. Хотя трудно с полной определённостью предсказывать будущее, я бы для примерного прогноза провёл аналогию с обычными компьютерами. Сейчас квантовые компьютеры соответствуют классическим начала — середины 1940-х годов. Они тогда были слишком громоздкие и ещё мало что могли. Прошло сорок лет, и миллионам пользователей стали доступны домашние персональные компьютеры. Думаю, за 40 лет это произойдёт и с квантовыми компьютерами.

— При подготовке к интервью я ввела в поиск «квантовый компьютер», и тут же выскочило предложение его купить. Сначала я подумала, что это случайность, но оказалось действительно предлагают купить китайские квантовые компьютеры! На «Авито» они продаются по цене от 8,5 тысячи долларов. Это настоящие квантовые компьютеры или что-то совсем другое?

— Исходя из того, что я прочёл об этих устройствах (оговорюсь, что сам я их не покупал и не тестировал), это игрушечные модели квантовых компьютеров. Они настоящие, но маленькие, и в области применения похожи на развивающие игрушки для детей, когда надо что-то собрать, какой-нибудь полезный механизм из деталей конструктора. Всё будет работать, всё честно. Но до полноценного квантового компьютера там далеко. Они содержат всего несколько квантовых битов. Такие компьютеры реально существуют, их уже много в мире. Некоторые компании предлагают к ним «облачный» доступ, можно по обычному интернету соединиться с квантовым компьютером, реально запустить на нём программу и получить результат.

Классические компьютеры тоже так использовали — в США в 1970-е годы можно было, включив телефон в тональном режиме, позвонить на большой компьютер, передать код программы для исполнения, он запускался, а затем результат вычислений передавался обратно в том же режиме. На таком уровне уже есть квантовые наработки, но это только начало.

Слабость квантовых устройств — малое число битов, и поэтому их применение не оправдано экономически. Проще на обычном компьютере смоделировать процесс работы такого же квантового, получится быстрее и дешевле. Но если вы хотите квантовый процесс «пощупать руками», то вполне можно попробовать купить.

— Для кого-то это может быть во-просом престижа, как в советские годы иметь хорошую книгу или автомобиль «Волга». «А у меня есть квантовый компьютер!»

— Возможно. Хотя для компьютера из всего нескольких кубитов это слишком лестное сравнение. Автомобиль или хорошая книга представляют бóльшую ценность.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Квантовые компьютеры Квантовые компьютеры

Квантовые компьютеры: как они появились и как устроены сейчас

Наука и жизнь
«Ухо пловца» «Ухо пловца»

Наружный отит: что это за заболевание и у кого оно возникает чаще всего?

Здоровье
Мы выбираем друг друга не случайно Мы выбираем друг друга не случайно

Выбор партнера предопределен всем предшествующим ходом нашей жизни

Psychologies
Гордые невесты и «мужественные» жены: какими были женщины эпохи викингов Гордые невесты и «мужественные» жены: какими были женщины эпохи викингов

Рассказываем о жизни, быте и положении в обществе женщин эпохи викингов

Forbes
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Тимур Соловьев: искусство быть бодрым по утрам Тимур Соловьев: искусство быть бодрым по утрам

История-пробуждение от ведущего утренних эфиров Тимура Соловьева

Maxim
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Птицы построили гнезда из противоптичьих шипов Птицы построили гнезда из противоптичьих шипов

Необычный материал для гнезд использовали сороки и черные вороны

N+1
Слон Жюля Верна Слон Жюля Верна

Креативное продолжение фантазий Жюля Верна в путешествии по его родному городу

Вокруг света
Вытащить с того света, спасти от чумы и принять роды: к чему должен быть готов экипаж воздушного судна Вытащить с того света, спасти от чумы и принять роды: к чему должен быть готов экипаж воздушного судна

Как и чем могут помочь бортпроводники:

ТехИнсайдер
Ее светлость Ее светлость

Эрика проделала длинный путь из закарпатской деревушки до этой волнующей обложки

Maxim
Маньяк держал в плену и жестоко насиловал россиянку в течение 14 лет: жертва смогла сбежать Маньяк держал в плену и жестоко насиловал россиянку в течение 14 лет: жертва смогла сбежать

Женщина сумела сбежать из дома мужчины, который держал ее взаперти с 2009 года

VOICE
Город In Folio Город In Folio

Петербург из тех мест, что лишний раз опиши – от него не убудет

Вокруг света
Секс за работой Секс за работой

«Хельмут Ньютон: отвратительный и великолепный»: байопик великого фотографа

Weekend
Залив терпения: как нескольких поколений одной семьи жили на Сахалине Залив терпения: как нескольких поколений одной семьи жили на Сахалине

Глава из дебютного романа Марии Нырковой «Залив терпения»

Forbes
Аквамену тоже нужно на чём-то ездить. Обзор Nokian Hakka Blue 3 SUV Аквамену тоже нужно на чём-то ездить. Обзор Nokian Hakka Blue 3 SUV

Шины Nokian Hakka Blue 3 SUV способны пережить и всемирный потоп

4x4 Club
Что делать, если перещипала брови: 4 лучших выхода из ситуации Что делать, если перещипала брови: 4 лучших выхода из ситуации

Самые надежные и быстрые способы спасти свои брови после неудачной коррекции

VOICE
Как по восьми неочевидным симптомам понять, что у вас нехватка тестостерона Как по восьми неочевидным симптомам понять, что у вас нехватка тестостерона

Что такое тестостерон, зачем нужно и почему должно быть в норме?

Maxim
Цапли не то, чем кажутся: каким получился последний фильм Миядзаки «Как поживаете?» Цапли не то, чем кажутся: каким получился последний фильм Миядзаки «Как поживаете?»

«Как поживаете?» — фильм о том, как важно научиться принимать смерть

Правила жизни
Почему наводнения происходят все чаще: эпоха великих катастроф Почему наводнения происходят все чаще: эпоха великих катастроф

Почему природные катаклизмы стали посещать нас с завидной регулярностью?

Maxim
Как в русском фольклоре появились русалки? Как в русском фольклоре появились русалки?

Кого на Руси называли русалками?

Культура.РФ
Самые провокационные писатели Европы Самые провокационные писатели Европы

Бунтари буржуазного Запада

Maxim
Сон для красоты: 5 секретов от голливудских сомнологов Сон для красоты: 5 секретов от голливудских сомнологов

Как отправиться в объятия Морфея с максимальной пользой для своей внешности

VOICE
«Лучше сделать и пожалеть?»: почему мужчины и женщины по-разному переживают о случайном сексе «Лучше сделать и пожалеть?»: почему мужчины и женщины по-разному переживают о случайном сексе

Чем отличаются мужские и женские переживания о сексе?

Psychologies
Доктор, это опасно? Почему ананас жжет и разъедает слизистую и язык? Доктор, это опасно? Почему ананас жжет и разъедает слизистую и язык?

Почему ананас жжет? Есть ли способ победить коварный фрукт?

ТехИнсайдер
О спорт, ты мозг! Как физическая активность влияет на когнитивные функции? О спорт, ты мозг! Как физическая активность влияет на когнитивные функции?

Как тренировки улучшают память и концентрацию?

Правила жизни
Собираем аптечку в отпуск: что из лекарств взять с собой в поездку Собираем аптечку в отпуск: что из лекарств взять с собой в поездку

О том, что должно быть в отпускной аптечке, а без чего можно обойтись

РБК
Со сцены – на грядки. 7 звезд – заядлых огородников и один король Со сцены – на грядки. 7 звезд – заядлых огородников и один король

Кто из знаменитостей любит работать в саду?

Лиза
Роль цикличности в истории Роль цикличности в истории

Как обвинитель по делу Бейлиса стал обвиняемым

Weekend
Круглые, миндаль или щелки: как подобрать эффектный макияж по форме глаз — лайфхаки от эксперта Круглые, миндаль или щелки: как подобрать эффектный макияж по форме глаз — лайфхаки от эксперта

Форма глаз — аспект, на который стоит обращать внимание при выборе макияжа

VOICE
Открыть в приложении