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

Кресла вместо бомб Кресла вместо бомб

Бомбардировщик превратили в бизнес-джет

Популярная механика
Тайна организации Тайна организации

Сама идея управления временем за последнее время слегка изменилась

Добрые советы
Летающий фрегат Летающий фрегат

Российский проект транспортного беспилотника с вертикальными взлетом и посадкой

Популярная механика
Хорошие жены. Самые богатые женщины России в списке Forbes Хорошие жены. Самые богатые женщины России в списке Forbes

6 женщин оказались в этом году в рейтинге 200 богатейших предпринимателей России

Forbes
Механик в аду Механик в аду

Зонд AREE – никакой электроники, только старая школа и верная механика

Популярная механика
Сама накрутила Сама накрутила

ЗОЖ-ак­ти­вист­ка На­та­лья Да­вы­до­ва о построении идеального тела

Vogue
Возвращение «Индейца» Возвращение «Индейца»

Прошлое и настоящее мотоцикла Indian

Популярная механика
Нико Пиросмани. Жил-был художник один Нико Пиросмани. Жил-был художник один

Бездомный гений превратил в персональную галерею почти весь город

Караван историй
Стеклянные микробы Люка Джеррама Стеклянные микробы Люка Джеррама

Героев этих произведений не разглядеть без микроскопа

Популярная механика
Родительский дом Родительский дом

Хозяйка этого дома на Французской Ривьере хорошо его знает

AD
Конец всему Конец всему

Несколько вариантов сценария будущего для Вселенной

Популярная механика
Как шутить с ним на свидании: чувство юмора знаков зодиака Как шутить с ним на свидании: чувство юмора знаков зодиака

Какое чувство юмора у мужчин разных знаков зодиака

Cosmopolitan
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Архитектурный вопрос: как женщины прорываются в «мужскую» профессию Архитектурный вопрос: как женщины прорываются в «мужскую» профессию

В архитектурно-строительном бизнесе становится все больше женщин

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

Машины для работы в самых экстремальных условиях

Популярная механика
Спасти и сохранить: почему дизайнеры отказываются от натурального меха и выбирают экологичные ткани Спасти и сохранить: почему дизайнеры отказываются от натурального меха и выбирают экологичные ткани

Экология становится таким же большим модным трендом

Vogue
Рисунки на полях Рисунки на полях

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

Популярная механика
Одолжить с умом. Как сменить депозит на облигацию и заработать больше Одолжить с умом. Как сменить депозит на облигацию и заработать больше

Как грамотно собрать портфель из долговых бумаг

Forbes
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
Закрытое небо: зачем Госдума лишает авиационную отрасль сотен миллионов евро Закрытое небо: зачем Госдума лишает авиационную отрасль сотен миллионов евро

Один из пунктов контрсанкций, которые хочет ввести Госдума

Forbes
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Это не последние санкции против России Это не последние санкции против России

Что ждет страну через несколько лет

СНОБ
Не просто фантастика Не просто фантастика

Городской тест-драйв беспилотного автомобиля

Популярная механика
Криминальные хроники: как Лондон борется с незаконным богатством россиян Криминальные хроники: как Лондон борется с незаконным богатством россиян

Как новый закон повлияет на жизнь и имущество русских в Лондоне?

Forbes
Нервные клетки не восстанавливаются? Нервные клетки не восстанавливаются?

Может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных

Популярная механика
24 часа Лимонов: самая дурацкая автогонка 24 часа Лимонов: самая дурацкая автогонка

Про кино-пародии знают все, но многие ли знают о пародиях на… автогонки?

Популярная механика
Проект Guido Проект Guido

Ничего подобного в России прежде не строили

Популярная механика
Они узорят наш район! Они узорят наш район!

Предметы, оказавшись рядом, создают красоту и узоры

Maxim
Дело жизни Казуаки Харады Дело жизни Казуаки Харады

Японский художник Казуаки Хараде нашел свое дело почти случайно

Популярная механика
Му-музыка и небо в алмазах Му-музыка и небо в алмазах

В Театре наций состоялась премьера «Му-Му» в постановке Дмитрия Крымова

СНОБ
Открыть в приложении