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

Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Самая молодая последовательница Мэнсона выходит из тюрьмы: кто такая Лесли Ван Хутен Самая молодая последовательница Мэнсона выходит из тюрьмы: кто такая Лесли Ван Хутен

Рассказываем историю Ван Хутен, Мэнсона и коммуны «Семья»

Forbes
Клин с клином Клин с клином

Клинопись – древнейшая известная человечеству система письма

Вокруг света
Переезд с изъятием: как бизнес сможет поменять иностранную юрисдикцию на российскую Переезд с изъятием: как бизнес сможет поменять иностранную юрисдикцию на российскую

Законопроект, упрощающий переезд в Россию принадлежащих россиянам компаний

Forbes
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
«Колония»: роман о жизни на маленьком ирландском острове «Колония»: роман о жизни на маленьком ирландском острове

Писательница рассказывает о жизни на маленьком ирландском острове

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
Патчи для глаз: для чего нужны и как правильно пользоваться Патчи для глаз: для чего нужны и как правильно пользоваться

Для чего нужны патчи и зачем в них микроиглы?

РБК
2010-е: архивация 2010-е: архивация

Знаковые вещи, определившие облик эпохи 2010–2020 годов, уходят со сцены

Maxim
Простая материя Простая материя

Дизайнер Екатерина Чернявская рассматривает интерьер как произведение искусства

Robb Report
Какие позы любят девушки? 9 самых-самых (бонус: позиции, которые их бесят) Какие позы любят девушки? 9 самых-самых (бонус: позиции, которые их бесят)

Какие позы любят девушки? 9 самых-самых (бонус: позиции, которые их бесят)

Playboy
«Парадокс о мандарине»: как безнаказанность влияет на наше поведение «Парадокс о мандарине»: как безнаказанность влияет на наше поведение

Действует ли мораль в условиях безнаказанности?

Forbes
Восход и закат Великой Восход и закат Великой

«Золотой век» дворянства, крепостной гнет и реформы царствования Екатерины II

Знание – сила
Перестаньте выбрасывать фисташковую скорлупу: 5 гениальных идей, как использовать ее в быту Перестаньте выбрасывать фисташковую скорлупу: 5 гениальных идей, как использовать ее в быту

Фисташковая скорлупа может пригодиться вам в доме и на даче!

ТехИнсайдер
Сценическая машинерия Сценическая машинерия

Легенды автопрома на театральных подмостках

Автопилот
Как одеться в дождь и отлично выглядеть — 5 идей от героев стритстайла Как одеться в дождь и отлично выглядеть — 5 идей от героев стритстайла

Как в дождливую погоду одеваться без риска промокнуть и без ущерба стилю?

Правила жизни
Экономика будущего как объект исследования | The Economy of the Future as an Object of Research Экономика будущего как объект исследования | The Economy of the Future as an Object of Research

10 популярных книг последних лет на тему исследования экономики будущего

Позитивные изменения
От Месси до Малкома: как испанские налоговые органы преследуют футболистов От Месси до Малкома: как испанские налоговые органы преследуют футболистов

Почему в Испании возбуждают так много дел против топ-игроков?

Forbes
От укачивания в транспорте можно использовать специальные очки! Вот как они работают От укачивания в транспорте можно использовать специальные очки! Вот как они работают

Необычный способ, который спасет ваш будущий отпуск

ТехИнсайдер
Головная боль всех кошатников: как отучить питомца царапать мебель Головная боль всех кошатников: как отучить питомца царапать мебель

Почему кота больше привлекает не когтеточка, а ваш диван?

ТехИнсайдер
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
Опоздала на рейс, потеряла чемодан, дали плохой номер: как решить проблемы в отпуске Опоздала на рейс, потеряла чемодан, дали плохой номер: как решить проблемы в отпуске

Предвидим непредвиденные ситуации в отпуске

VOICE
«Переполненная комната»: Том Холланд в сериале о подростке с множеством субличностей «Переполненная комната»: Том Холланд в сериале о подростке с множеством субличностей

«Переполненная комната» — новый проект шоураннера Акивы Голдсмана

Forbes
Неандертальским следам с пляжа Маталасканьяс оказалось около 151 тысячи лет Неандертальским следам с пляжа Маталасканьяс оказалось около 151 тысячи лет

Группа ученых повторно исследовала отпечатки ног древних людей

N+1
Как найти потерянный Android-смартфон: несколько простых способов Как найти потерянный Android-смартфон: несколько простых способов

Как быстро найти потерянный или украденный Android-смартфон своими силами

CHIP
Полиглот с детства: так ли легко воспитать ребенка-билингва — личная история и комментарий психолога Полиглот с детства: так ли легко воспитать ребенка-билингва — личная история и комментарий психолога

Как воспитывать детей-билингвов?

Psychologies
Игры разума, в которые играют люди: 7 самых распространенных видов манипуляций Игры разума, в которые играют люди: 7 самых распространенных видов манипуляций

Что нужно знать о манипуляциях?

Psychologies
Семь опасностей, поджидающих вас на шашлыках Семь опасностей, поджидающих вас на шашлыках

Что ждет нас за городом, на уютных лесных опушках?

Maxim
10 странных книг, написанных в необычной форме 10 странных книг, написанных в необычной форме

Иногда писатели сознательно ломают форму произведений, чтобы было интереснее

Maxim
Как стать королем пикника: топ-5 девайсов для идеального шашлыка Как стать королем пикника: топ-5 девайсов для идеального шашлыка

Учимся готовить шашлык с помощью высоких технологий

Maxim
Открыть в приложении