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
Скованные одной цепочкой: как оценить издержки документооборота в компании Скованные одной цепочкой: как оценить издержки документооборота в компании

Как найти общий язык между операторами ЭДО, производителями и ретейлерами

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
Чем интересен фильм Майка Ли «Обнаженные» Чем интересен фильм Майка Ли «Обнаженные»

Чем интересна экзистенциальная притча о взрослении и одиночестве

СНОБ
Как копить и на что тратить? Как копить и на что тратить?

Финансовый консультант рассказывает, как научиться копить деньги

Домашний Очаг
Слияние, отдаление, контакт, близость: как пройти 4 стадии дружбы Слияние, отдаление, контакт, близость: как пройти 4 стадии дружбы

Почему мы теряем друзей?

Psychologies
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
Всё сложится Всё сложится

Модель Дарья Попова объясняет, как эталонно собирать чемодан

VOICE
«Тётя Аврора» вылетела в три часа… «Тётя Аврора» вылетела в три часа…

Я как безумный метался и думал: мы или они? Мы или они?

Дилетант
Новый интерфейс «мозг-компьютер» не требует отверстия в черепе и крайне компактен: технологии будущего Новый интерфейс «мозг-компьютер» не требует отверстия в черепе и крайне компактен: технологии будущего

Австралийский стартап Synchron готов превзойти Neuralink

ТехИнсайдер
Три Кита, Таиланд Три Кита, Таиланд

Из всех развлечений Таиланда Три Кита меньше всего похожи на развлечение

Maxim
Охота за иконами: как СССР создавал мировой спрос на древнерусское искусство Охота за иконами: как СССР создавал мировой спрос на древнерусское искусство

Глава из книги «Судьбы икон в Стране Советов. 1920–1930-е»

Forbes
Механические дрожки уральского мастера Механические дрожки уральского мастера

Заглянем в Зал карет Реставрационно-хранительского центра Эрмитажа

Дилетант
Смотрите, как я умею! Смотрите, как я умею!

Почему мужчины бросают себе смертельно опасные вызовы

Men Today
Дневник предпринимательницы: во сколько бизнесу обходится электронный документооборот Дневник предпринимательницы: во сколько бизнесу обходится электронный документооборот

Какие расходы влечет за собой электронный документооборот?

Forbes
Немой заговорил: пять стадий принятия звука в кино Немой заговорил: пять стадий принятия звука в кино

Как звук захватил кино и как индустрия пережила революцию

Правила жизни
История длинной в Twitter: 10 главных твитов в истории История длинной в Twitter: 10 главных твитов в истории

«Правила жизни» решили вспомнить великое прошлое — главные твиты в истории

Правила жизни
Человек, который изменил все: 20 лучших ролей Брэда Питта (в порядке возрастания восторга) Человек, который изменил все: 20 лучших ролей Брэда Питта (в порядке возрастания восторга)

Фильмы, в которых Брэд Питт занят самыми разнообразными вещами

Правила жизни
На побережье Британии найдены гигантские каменные топоры возрастом больше 300 000 лет На побережье Британии найдены гигантские каменные топоры возрастом больше 300 000 лет

Один из самых больших ручных топоров, когда-либо обнаруженных в Британии

ТехИнсайдер
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
«Бывшие зеки никому не нужны»: зачем Ozon нанимает на работу людей с судимостью «Бывшие зеки никому не нужны»: зачем Ozon нанимает на работу людей с судимостью

Зачем был создан и как работает проект «Ozon без осуждения»

Forbes
Вывести новый софт: как обновления ПО могут уберечь компанию от хакерских атак Вывести новый софт: как обновления ПО могут уберечь компанию от хакерских атак

Как компании могут свести возможность кибератак к минимуму

Forbes
Лучшие приложения для монтажа видео: топ-6 программ для вашего телефона Лучшие приложения для монтажа видео: топ-6 программ для вашего телефона

Лучшие приложения для обработки видео на смартфоне

CHIP
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
Как перестать ненавидеть понедельники: 3 простых решения Как перестать ненавидеть понедельники: 3 простых решения

Как построить свою жизнь, чтобы мысли о понедельнике приносили радость?

Psychologies
8 вещей, которые круто меняют жизнь к лучшему, но мало у кого есть 8 вещей, которые круто меняют жизнь к лучшему, но мало у кого есть

Некоторые вещи меняют жизнь волшебным образом!

Maxim
«Ты зануда, а в IT за это платят»: как я за три с половиной месяца стала тестировщиком «Ты зануда, а в IT за это платят»: как я за три с половиной месяца стала тестировщиком

Ольге было 35, когда она решила стать тестировщиком, и вот что из этого вышло

VOICE
Алла Юганова: «Была уверена, что Кончитту должна играть очень красивая актриса, а я самая обыкновенная...» Алла Юганова: «Была уверена, что Кончитту должна играть очень красивая актриса, а я самая обыкновенная...»

Иногда читаешь сценарий и думаешь: «Ну, авторы накрутили! Разве так бывает?»

Коллекция. Караван историй
Стивен в стране кошмаров: 20 лучших экранизаций короля ужасов Стивена Кинга Стивен в стране кошмаров: 20 лучших экранизаций короля ужасов Стивена Кинга

Для поклонников Стивена Кинга собрали 20 его экранизаций

Правила жизни
Не только банкинг: как крупный российский ретейлер дружит с IT и решает нетривиальные задачи посредством технологий Не только банкинг: как крупный российский ретейлер дружит с IT и решает нетривиальные задачи посредством технологий

Как именно ретейлеры используют IT-технологии для решения сложных бизнес-задач

Inc.
Открыть в приложении