В IT сложилась предреволюционная ситуация

Популярная механикаHi-Tech

Квантовое превосходство

Текст: Александр Ершов

В IT сложилась предреволюционная ситуация, хотя в курсе происходящего остаются лишь немногие интересующиеся и еще более узкий круг специалистов. А между тем уже в этом году ожидается событие исторического масштаба: квантовые компьютеры, разработка которых продолжается уже более трех десятилетий, впервые смогут проводить вычисления, недоступные для самых мощных суперкомпьютеров традиционной кремниевой архитектуры. Если ожидания оправдаются, скоро мы вступим в эру «квантового превосходства». Но хотя название для этой эпохи давно придумано, что нас в ней ждет, не знает пока никто.

Стенд компании Intel на прошедшей в начале года конференции потребительской электроники CES в Лас-Вегасе, как обычно, был заполнен журналистами и техноблогерами. Новинки крупнейшего производителя микрочипов всегда потенциально интересны, хотя в последние годы эти обновления – чуть больше ядер, чуть меньше энергопотребление – все реже привлекают внимание публики. Однако на этот раз технологическому гиганту действительно было чем похвастаться: посетителям показали квантовый процессор Tangle Lake, способный – пусть теоретически и лишь в некоторых задачах – делать то, что пока было по силам лишь лучшим суперкомпьютерам.

Tangle Lake ни размерами, ни формой не слишком выделяется на фоне обычной продукции Intel. Но принципы, на которых он работает, далеки от тех, на которых построена традиционная электроника. Вместо миллиардов транзисторов на новой микросхеме имеется всего 49 элементов. И это не полупроводниковые переключатели тока, а кубиты («квантовые биты»), элементарные ячейки, способные работать с квантовой информацией. В данном случае они представляют собой крохотные сверхпроводящие антенны.

Это не единственный вариант получить кубиты для квантового компьютера, но в данном случае важнее их число. 49 не рекорд: еще до презентации Tangle Lake компания IBM рассказала о работе над квантовым компьютером на 50 кубит, а группа под руководством гарвардского физика Михаила Лукина сделала экспериментальный 51-кубитный вычислитель. Легко заметить, что все эти проекты построены вокруг цифры в полсотни кубит: именно на ней обычно устанавливают планку, после которой стоит ожидать наступления «квантового превосходства».

Преимущество неопределенности

Использовать для расчетов поведения квантовых систем не обычные компьютеры, а другие квантовые системы, которые могли бы играть роль упрощенной модели, предложил еще Ричард Фейнман в 1981 году. Справедливости ради стоит добавить, что идея, видимо, витала в воздухе: почти за год до того ее высказывал советский математик Юрий Манин. В самом деле, трудность, с которой сталкиваются обычные компьютеры при моделировании таких систем, заключается в самой их квантовой природе, в неустранимой неопределенности параметров взаимодействующих частиц.

Допустим, нам нужно посчитать, как поведет себя атом, если мы направим на него фотон; для этого нам требуется выяснить поляризацию фотона. Единственный способ сделать это – провести измерения, а до этого поляризация останется неопределенной: физики говорят о суперпозиции, наложении возможных значений. Для расчетов все варианты должны быть рассмотрены по отдельности, и в нашем примере это займет вдвое больше времени, чем если бы нужные параметры поляризации были известны. Более того, стоит начать добавлять в систему другие компоненты (несколько атомов, несколько фотонов), и неопределенности придется перемножать, а сложность вычислений вырастет экспоненциально.

Идея квантового компьютера заключалась в том, чтобы обратить недостаток в достоинство: использовать для вычислений саму неопределенность, которая так затрудняет обычные расчеты. Представим, что вам нужно подобрать пароль, у которого неизвестны последние два бита. Тут возможны четыре комбинации: 00, 01, 10 и 11. В классическом случае каждый из них необходимо считать отдельно: подставить его в нужное место и проверить результат. Однако если носителем информации станет квантовый объект – например, два кубита с суперпозицией поляризации, – то все четыре комбинации можно будет проверить одновременно.

Если правильная комбинация возможных состояний кубитов существует, можно не сомневаться, что они примут и ее тоже. Главное – организовать взаимодействие между ними так, чтобы мы смогли прочитать и понять получившийся ответ. Мощь квантовых компьютеров заключается именно в экспоненциально растущем числе операций, которые можно сделать за один шаг. Система, состоящая из двух кубитов, позволяет одновременно рассмотреть четыре варианта развития событий, система из четырех – 16. После 50, как мы помним, наступает «квантовое превосходство», а на число комбинаций всех возможных состояний квантового компьютера из 300 кубитов уже не хватит атомов во Вселенной.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Зачем нам нужна откровенность Зачем нам нужна откровенность

Может быть, пора повернуться друг к другу и поговорить по душам?

Psychologies
Ракетный маневр Ракетный маневр

С S7 Space связывают надежды на развитие отечественной частной космонавтики

Популярная механика
Коллективная ответственность. Почему иностранные банки не хотят работать с россиянами Коллективная ответственность. Почему иностранные банки не хотят работать с россиянами

Логика отказа от работы с российскими клиентами имеет экономическую подоплеку

Forbes
Когда погаснет БАК Когда погаснет БАК

Мегапроекты, которые придут на смену Большому адронному коллайдеру

Популярная механика
Сто лет со дня первого танкового сражения: как это было Сто лет со дня первого танкового сражения: как это было

Как сто лет назад британские и немецкие танки впервые сошлись в бою

Популярная механика
Рисунки на полях Рисунки на полях

На финале лиги чемпионов УЕФА-2018 засветился робот, рисующий разметку

Популярная механика
Депрессия у подростка: как выявить и чем помочь Депрессия у подростка: как выявить и чем помочь

Депрессия поражает подростков гораздо чаще, чем принято думать

Домашний Очаг
Летающий фрегат Летающий фрегат

Российский проект транспортного беспилотника с вертикальными взлетом и посадкой

Популярная механика
Уроки стиля от супермоделей: как выглядеть круто, выходя за хлебом? Уроки стиля от супермоделей: как выглядеть круто, выходя за хлебом?

Читайте советы авторов блога Luxxy.com и выходите на стиле даже в магазин

Cosmopolitan
Ускоритель на орбите Ускоритель на орбите

Кто первым выкопал томагавк пучкового оружия, точно не известно

Популярная механика
Формула против Серого Формула против Серого

Почему единственный русский гонщик «Формулы‑1» беспокоится о фигуре

GQ
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
5 невероятных историй о людях, которым пришлось делать операцию самим себе 5 невероятных историй о людях, которым пришлось делать операцию самим себе

Удаление аппендикса, ампутация руки, кесарево сечение — это можно сделать самому

Maxim
Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника

Машины для работы в самых экстремальных условиях

Популярная механика
Как справиться с выгоранием: 6 советов психолога Как справиться с выгоранием: 6 советов психолога

Выгорание может возникнуть и в семейной жизни, и даже в творчестве

Psychologies
Любой каприз Любой каприз

Компьютерный дизайн материалов

Популярная механика
Путешествуем дешево! Подсказки для «новеньких» Путешествуем дешево! Подсказки для «новеньких»

Как решиться отправиться в отпуск без путевки? Наша читательница дает стимул

Лиза
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
Первому тренеру приготовиться Первому тренеру приготовиться

19 апреля на экраны выходит «Тренер»

СНОБ
Как спрятать голову в железо Как спрятать голову в железо

История доспехов в европейском Средневековье и технология воссоздания в наши дни

Популярная механика
Растить, есть, любить Растить, есть, любить

С помощью советов в этой статье вы научитесь выращивать овощи и зелень

Yoga Journal
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
Деньги для всех. Почему люди обращаются за краткосрочными займами Деньги для всех. Почему люди обращаются за краткосрочными займами

Микрофинансовые организации выдают деньги всем подряд. Так ли это на самом деле?

Forbes
Брат небесный, брат земной Брат небесный, брат земной

NASA исследует близнецов: астронавта и его брата, оставшегося на Земле

Популярная механика
Время перемен. Почему армянским революционерам придется договариваться с Россией Время перемен. Почему армянским революционерам придется договариваться с Россией

Армении придется решать накопившиеся вопросы в отношениях с соседями

Forbes
Мир Дикого Востока Мир Дикого Востока

Как в Китае рождается медицина будущего

Популярная механика
Сочный бизнес: как заработать на здоровом питании Сочный бизнес: как заработать на здоровом питании

Как помощью домашней соковыжималки построить бизнес

Forbes
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
Безопасный город. Почему жители надежнее видеокамер во дворах Безопасный город. Почему жители надежнее видеокамер во дворах

Влюбить человека в место обходится дешевле, чем убирать мусор

Forbes
Открыть в приложении