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

Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Сверчки спели хором Сверчки спели хором

Полевые сверчки изменяют свое ухаживающее поведение в присутствии конкурентов

N+1
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Мы новый мир построим Мы новый мир построим

Как изменятся декорации нашей жизни?

Men Today
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
Симптомы избытка сахара в крови: как понять, что у вас гипергликемия Симптомы избытка сахара в крови: как понять, что у вас гипергликемия

Как понять, что у вас повышен сахар?

ТехИнсайдер
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
Лишние движения или апатия бездействия: как решать проблемы и не впадать в крайности Лишние движения или апатия бездействия: как решать проблемы и не впадать в крайности

Как найти золотую середину и понять, когда действия нужны, а когда нет

Forbes
Наука о чужих. Жизнь и разум во вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во вселенной

Земляне вряд ли смогут установить контакт с существами, похожими на них

Наука и жизнь
Почему важно уметь ставить вопросы и как на них отвечать Почему важно уметь ставить вопросы и как на них отвечать

Глава из книги «Я спрашиваю — мне отвечают: Инструменты искусного диалога»

Inc.
Великая трагедия орального секса: Арина Холина о самом интимном Великая трагедия орального секса: Арина Холина о самом интимном

Подруга считает, что оральный секс – не настоящий секс

Cosmopolitan
Как выглядит нарциссический абьюз в отношениях: история героини и комментарий психолога Как выглядит нарциссический абьюз в отношениях: история героини и комментарий психолога

Что же отличает нарциссический абьюз от обычного?

Psychologies
Город In Folio Город In Folio

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

Вокруг света
Суперприложение Суперприложение

В Поднебесной вся коммуникация идет через систему WeChat

ТехИнсайдер
«Бросить вызов голливудским ожиданиям»: как Флоренс Пью меняет образ женщины в кино «Бросить вызов голливудским ожиданиям»: как Флоренс Пью меняет образ женщины в кино

Как Флоренс Пью стала новым лицом феминизма в киноиндустрии.

Forbes
Как скрыть недостатки фигуры в летних образах: лайфхаки против Как скрыть недостатки фигуры в летних образах: лайфхаки против

Эти модные трюки помогут скрыть недостатки фигуры

VOICE
Ответ на глобальные вызовы, или почему будущее за инвестициями в импакт-проекты | The Answer to Global Challenges: Why Investing in Impact Projects is the Future Ответ на глобальные вызовы, или почему будущее за инвестициями в импакт-проекты | The Answer to Global Challenges: Why Investing in Impact Projects is the Future

Глобальные вызовы требуют пересмотра стандартных практик и моделей в инвестициях

Позитивные изменения
Прародиной индоевропейских языков назвали Южный Кавказ Прародиной индоевропейских языков назвали Южный Кавказ

Лингвисты пересчитали время, когда существовал праиндоевропейский язык

N+1
Остеодермы гигантских ленивцев указали на заселение Южной Америки 27-23 тысячи лет назад Остеодермы гигантских ленивцев указали на заселение Южной Америки 27-23 тысячи лет назад

Ученые изучили остатки ископаемых гигантских ленивцев Glossotherium phoenesis

N+1
«Оставил сердце в Сан-Франциско»: как жил и пел Тони Беннетт «Оставил сердце в Сан-Франциско»: как жил и пел Тони Беннетт

Тони Беннетт успел заработать славу, потерять ее на годы и вернуться в строй

Правила жизни
Эмпатия на экране. Почему героям фильмов хочется сопереживать Эмпатия на экране. Почему героям фильмов хочется сопереживать

Глава из книги «Сценарий сериала. Как написать историю, достойную Нетфликса»

СНОБ
Режимы посудомоечной машины: какими они бывают и чем отличаются Режимы посудомоечной машины: какими они бывают и чем отличаются

В каких случаях нужен интенсивный режим посудомойки и что экономит экономичный?

CHIP
Король комедии, бог импровизации: лучшие роли Робина Уильямса Король комедии, бог импровизации: лучшие роли Робина Уильямса

Робин Уильямс начинал как комик, но затем раскрыл свой драматический арсенал

Правила жизни
Без лишних затрат: как сделать когтеточку для кота своими руками Без лишних затрат: как сделать когтеточку для кота своими руками

Как сделать когтеточку с минимальными тратами?

ТехИнсайдер
Снесший в XII веке одну из гималайских вершин мегаобвал пролил свет на эволюцию высокогорных систем Снесший в XII веке одну из гималайских вершин мегаобвал пролил свет на эволюцию высокогорных систем

Как может протекать долгосрочная топографическая эволюция высокогорных регионов

N+1
Оценить перспективы и бизнес-план: как НКО могут развивать коммерческое направление Оценить перспективы и бизнес-план: как НКО могут развивать коммерческое направление

На что стоит обратить внимание, запуская коммерческое направление?

Forbes
Как владелец стекольной империи в городе Гусь-Хрустальный построил Пушкинский музей Как владелец стекольной империи в городе Гусь-Хрустальный построил Пушкинский музей

Как возникла и развивалась династия предпринимателей и меценатов Мальцовых

Forbes
Выдра в США терроризирует серферов и ворует их доски. Ее могут усыпить! Выдра в США терроризирует серферов и ворует их доски. Ее могут усыпить!

Морская выдра в США крадет доски у серферов

ТехИнсайдер
Высокая и устойчивая: почему инфляция в ЕС не сдает позиции Высокая и устойчивая: почему инфляция в ЕС не сдает позиции

Европейский центральный банк повышает процентные ставки

Forbes
Hyundai Santa Fe 2024 выйдет с тремя рядами сидений и совершенно новым лицом Hyundai Santa Fe 2024 выйдет с тремя рядами сидений и совершенно новым лицом

Как будет выглядеть знакомый нам плюшевый Santa Fe?

4x4 Club
Открыть в приложении