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

Вопрос / ответ Вопрос / ответ

Что ели русские крестьяне, кто изобрел алфавит и другие вопросы и ответы

Вокруг света
Что будет, если засунуть голову в ускоритель частиц? Анатолий Бугорский поделился своим горьким опытом Что будет, если засунуть голову в ускоритель частиц? Анатолий Бугорский поделился своим горьким опытом

13 июля 1978 года ускоритель У-70 разделил жизнь Анатолия на "до" и "после"

ТехИнсайдер
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
«Бей, беги, замри»: как помочь себе правильно прожить и отпустить стресс «Бей, беги, замри»: как помочь себе правильно прожить и отпустить стресс

Практики, которые помогут с комфортом пройти через сложные моменты

Psychologies
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
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
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
Что делать при наводнении, а чего не делать ни в коем случае Что делать при наводнении, а чего не делать ни в коем случае

Как подготовиться к наводнению

Maxim
Колесо Сансары Колесо Сансары

Кем считают себя сами индийцы?

Вокруг света
Вместо тысячи букв: станут ли новые технологии заменой паролю Вместо тысячи букв: станут ли новые технологии заменой паролю

Почему корпорациям все еще не удается отказаться от паролей?

Forbes
Зачем кузнечику сабля? Зачем кузнечику сабля?

Как спрятать кладку, когда даже закопать её не можешь?

Наука и жизнь
«Cтрах одиночества родом из детства»: как рождается аутофобия — мнение психиатра «Cтрах одиночества родом из детства»: как рождается аутофобия — мнение психиатра

Почему мы так боимся одиночества и при чем тут отношения с матерью?

Psychologies
Охотники за сырьем Охотники за сырьем

Ради каких неочевидных природных ресурсов раньше любили затевать войны?

Вокруг света
Необыкновенное обыкновенное чудо: что люди, пережившие онкологию, думают о любви Необыкновенное обыкновенное чудо: что люди, пережившие онкологию, думают о любви

Глава из книги «Необыкновенное обыкновенное чудо. О Любви»

Forbes
Солнечный друг Солнечный друг

Почему ты плохо загораешь: 5 серьезных ошибок отпускницы

Лиза
Самоуверенный алгоритм: какие риски внедрения ИИ пока недооцениваются Самоуверенный алгоритм: какие риски внедрения ИИ пока недооцениваются

ИИ обладают предсказательной способностью, но не могут заглянуть на шаг вперед

Forbes
Опознанный бескапотник Опознанный бескапотник

Преимущества «ГАЗ Валдай 8» для соседей по транспортному потоку

Автопилот
Лунная диета. Прощайте, лишние килограммы Лунная диета. Прощайте, лишние килограммы

Луна управляет не только приливами и отливами в морях и океанах

Лиза
Роль цикличности в истории Роль цикличности в истории

Как обвинитель по делу Бейлиса стал обвиняемым

Weekend
Вечная жизнь: нужно ли людям бессмертие — размышления философа Вечная жизнь: нужно ли людям бессмертие — размышления философа

Вы бы хотели жить вечно? Давайте пофантазируем

Psychologies
Родом из СССР: 27 советских привычек, от которых мы до сих пор не можем избавиться Родом из СССР: 27 советских привычек, от которых мы до сих пор не можем избавиться

Пакет с пакетами или банка из-под кофе с шурупами — своего рода культурный код

Psychologies
В Индийском океане существует гигантская гравитационная дыра, и мы наконец-то можем узнать ее причину В Индийском океане существует гигантская гравитационная дыра, и мы наконец-то можем узнать ее причину

К образованию этой аномалии привели шлейфы раскаленной магмы

ТехИнсайдер
Объекты масс-культуры: почему растет количество частных театров Объекты масс-культуры: почему растет количество частных театров

Как они живут и за счет чего развиваются частные театры

Forbes
Угадайте, какая страна стала самой прожорливой в мире. Спойлер: это не США! Угадайте, какая страна стала самой прожорливой в мире. Спойлер: это не США!

Сколько калорий потребляют разные страны

ТехИнсайдер
Орангутаны-мигранты позаимствовали пищевые привычки у местных Орангутаны-мигранты позаимствовали пищевые привычки у местных

У кого именно и как долго орангутаны-мигранты учатся есть новую для них пищу

N+1
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
«Бурят наудачу»: почему стартапы бросились искать запасы природного водорода «Бурят наудачу»: почему стартапы бросились искать запасы природного водорода

В мире могут существовать «астрономические» запасы «геологического» водорода

Forbes
Резерв утопии Резерв утопии

Как Велимир Хлебников поместил время в пространство

Weekend
Точечное попадание Точечное попадание

Чем опасен молчаливый инсульт?

Лиза
Оценка социального вклада Благотворительного фонда «Даунсайд Ап» | Social Impact Assessment by the Downside Up Charitable Foundation Оценка социального вклада Благотворительного фонда «Даунсайд Ап» | Social Impact Assessment by the Downside Up Charitable Foundation

Как фонд «Даунсайд Ап» повлиял на качество жизни людей с синдромом Дауна

Позитивные изменения
Открыть в приложении