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

Сила мысли Сила мысли

Как можно работать с мыслями — и почему стоит это делать

Yoga Journal
«Каракули» из молитвенника Генриха VIII, возможно, указывают на его депрессию «Каракули» из молитвенника Генриха VIII, возможно, указывают на его депрессию

Как Генрих VIII боролся с тревогой и религиозным чувством вины

ТехИнсайдер
Идея! Оставлять чаевые Идея! Оставлять чаевые

Учись правильно благодарить тех, кто оказывает тебе услуги

Maxim
Не плагиат, а референс: зачем соцсети перенимают функции друг у друга, почему это работает и чего ждать дальше Не плагиат, а референс: зачем соцсети перенимают функции друг у друга, почему это работает и чего ждать дальше

Почему соцсети копируют решения друг друга и что это меняет для пользователей?

Правила жизни
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
Как диснеевские принцессы влияют на психику детей: 4 мультфильма глазами психологов Как диснеевские принцессы влияют на психику детей: 4 мультфильма глазами психологов

От чего зависит то, какое влияние окажет на ребенка мультфильм?

Psychologies
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
Вперед в прошлое: каким получился «Флэш» с Эзрой Миллером Вперед в прошлое: каким получился «Флэш» с Эзрой Миллером

«Флэш» — почему он так сакрально важен для Warner Bros?

Правила жизни
Музей и революция Музей и революция

1917 год кардинальным образом изменил жизнь российского государства

Дилетант
Боль и предательство: почему ушла из кино звезда фильма Боль и предательство: почему ушла из кино звезда фильма

Наталья Вавилова внезапно бросила кино на пике славы. Что же случилось?

VOICE
«Чистейший образец» «Чистейший образец»

Составить цельный образ Натальи Николаевны Гончаровой — сложная задача

Дилетант
Расследование 18-летнего журналиста привело к отставке президента Стэнфорда Расследование 18-летнего журналиста привело к отставке президента Стэнфорда

Возможно, самый молодой лауреат премии Джорджа Полка в истории журналистики

ТехИнсайдер
Художник и знаток Художник и знаток

Как художники Возрождения помогали ученым, а порой и опережали их в изысканиях

Вокруг света
Почему так важно обращать внимание на версию Bluetooth? Почему так важно обращать внимание на версию Bluetooth?

На что влияет версия Bluetooth на телефоне и наушниках?

CHIP
«Поля-двойники»: как Игорь Вулох вписывается в общий портрет русских нонконформистов «Поля-двойники»: как Игорь Вулох вписывается в общий портрет русских нонконформистов

Почему без Игоря Вулоха нельзя представить неофициальное искусство CCCР?

Forbes
Инструкция ПЖ: как релоцировать российских сотрудников с минимальными потерями Инструкция ПЖ: как релоцировать российских сотрудников с минимальными потерями

Как релоцировать сотрудников, чтобы они не чувствовали себя потерянными

Правила жизни
«Все заменить невозможно»: дефицит каких ветеринарных препаратов ожидает Россию «Все заменить невозможно»: дефицит каких ветеринарных препаратов ожидает Россию

На рынке препаратов для домашних животных ситуация действительно напряженная

Forbes
Спящая красавица: как стать моложе за одну ночь — 12 рекомендаций Спящая красавица: как стать моложе за одну ночь — 12 рекомендаций

Как использовать ночное время с максимальной пользой для внешности?

Psychologies
Как вернуться к работе после отдыха и не уволиться в первый день Как вернуться к работе после отдыха и не уволиться в первый день

Почему бывает сложно приняться за работу после отдыха

Правила жизни
У аристократов тоже есть проблемы! Узнайте, как эта женщина скрывала свой недостаток У аристократов тоже есть проблемы! Узнайте, как эта женщина скрывала свой недостаток

Французская аристократка XVII страдала от проблем с зубами

ТехИнсайдер
Мыслить иначе: 8 книг для развития неординарного мышления Мыслить иначе: 8 книг для развития неординарного мышления

Книги про то, как мыслить за пределами обыденности

ТехИнсайдер
Ловушка для бизнеса: почему надо помнить об информационной безопасности Ловушка для бизнеса: почему надо помнить об информационной безопасности

Цифровизация несет риски, которые необходимо учитывать при ведении бизнеса

Forbes
Как заморозить клубнику на зиму: продлеваем вкус лета на весь год Как заморозить клубнику на зиму: продлеваем вкус лета на весь год

Наслаждаться клубникой можно не только в начале лета, главное — заморозить

ТехИнсайдер
Как нельзя снимать наращенные ресницы самой: 9 железных табу Как нельзя снимать наращенные ресницы самой: 9 железных табу

Последствия самостоятельного избавления от наращенных ресниц

VOICE
«От измены всегда страдают лишь женщины»: мнение читательницы комментирует психолог «От измены всегда страдают лишь женщины»: мнение читательницы комментирует психолог

Правда ли, что от измен всегда страдает только женщина?

Psychologies
Хотела «взбодрить» грудь: жертва пластики Тимура Хайдарова рассказала, как он ее изуродовал Хотела «взбодрить» грудь: жертва пластики Тимура Хайдарова рассказала, как он ее изуродовал

Известный пластический хирург оказался втянут в громкий скандал

VOICE
Как правильно «собрать урожай» | Harvesting Done Right: Как правильно «собрать урожай» | Harvesting Done Right:

Использование методики Outcome Harvesting в оценке проектов

Позитивные изменения
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
Ученые использовали грибной мицелий как основу строительных конструкций Ученые использовали грибной мицелий как основу строительных конструкций

Новый тин материала для экологичного строительства

ТехИнсайдер
Ландшафты утренней звезды Ландшафты утренней звезды

Как же на самом деле выглядит Венера?

Наука и жизнь
Открыть в приложении