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

Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Экология отношений: 7 правил Экология отношений: 7 правил

Какие навыки помогут в создании экологичных отношений?

Psychologies
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

В 2015 году мы узнали, что наносить ракетные удары можно из Каспийского моря

Популярная механика
Май в Таиланде Май в Таиланде

Таиланд прекрасен в любое время года

Домашний Очаг
Конец всему Конец всему

Несколько вариантов сценария будущего для Вселенной

Популярная механика
Небо, санкции, шантаж. Американским авиакомпаниям разрешили полгода летать над Россией Небо, санкции, шантаж. Американским авиакомпаниям разрешили полгода летать над Россией

В Минтрансе ожидают реакции американцев на свое предложение

Forbes
Землянам, до востребования Землянам, до востребования

Солнечную систему посетил объект, прилетевший к нам от другой звезды

Популярная механика
Михалина Ольшанская — самая смелая актриса своего поколения Михалина Ольшанская — самая смелая актриса своего поколения

Польская актриса возвращается на наши экраны в военной драме «Собибор»

Vogue
Ракетный маневр Ракетный маневр

С S7 Space связывают надежды на развитие отечественной частной космонавтики

Популярная механика
Диск-жокей, сделай музыку громче: один день с Севой Новгородцевым Диск-жокей, сделай музыку громче: один день с Севой Новгородцевым

Сева Новгородцев о желании вернуться в молодость

СНОБ
Нечеловеческая еда Нечеловеческая еда

Как делают сухой корм для животных

Популярная механика
Нужны ли вам ботинки на толстой подошве? Нужны ли вам ботинки на толстой подошве?

Как носить такую обувь в стиле 50-х, если вы не отчаянный хулиган

GQ
Танки против крепостей Танки против крепостей

Миф об уничтоженных танковых армиях на улицах Берлина

Популярная механика
Ангел на сценах Москвы и Петербурга. О фестивале Юна Фоссе Ангел на сценах Москвы и Петербурга. О фестивале Юна Фоссе

Фестиваль Юна Фоссе, известного норвежского драматурга и писателя

СНОБ
Заплечных дел мастер Заплечных дел мастер

Почти бесконечный боезапас за спиной

Популярная механика
Верхом на единороге. Основатель Revolut Николай Сторонский может попасть в рейтинг Forbes Верхом на единороге. Основатель Revolut Николай Сторонский может попасть в рейтинг Forbes

Британский финтех-стартап с русскими корнями Revolut и его успех

Forbes
Мир-кольцо Мир-кольцо

Земли в форме бублика: добро пожаловать на обруч и пончик

Популярная механика
Какое будущее ждет Голливуд и почему победа останется за Netflix Какое будущее ждет Голливуд и почему победа останется за Netflix

Стриминг-гигант забирает лучшие проекты именитых режиссеров

Esquire
Точечный старт Точечный старт

История отечественного авиаконструктора – Владимира Мясищева

Популярная механика
Браслет-символ, который нельзя купить: украшение для доноров крови Браслет-символ, который нельзя купить: украшение для доноров крови

Донорам, которые пришли добровольно сдать кровь, были вручены  браслеты-символы

Cosmopolitan
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
Золотая антилопа: как научиться правильному отношению к деньгам Золотая антилопа: как научиться правильному отношению к деньгам

Часто российские предприниматели допускают те же ошибки, что и жадный Раджа

Forbes
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

Популярная механика
Валютный контроль. Как защитить свои сбережения от колебаний курса рубля Валютный контроль. Как защитить свои сбережения от колебаний курса рубля

Как сберечь заработанные средства и распределить сбережения по разным валютам

Forbes
Рисунки на полях Рисунки на полях

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

Популярная механика
Счастье против воли: как любовь к инновациям губит высокие технологии Счастье против воли: как любовь к инновациям губит высокие технологии

Руководству компаний следует сочетать инновации с оптимизацией бизнеса

Forbes
Броня легка Броня легка

Алюминиевые сплавы давно и прочно обосновались на бронемашинах

Популярная механика
Советская стратегическая сверхзвуковая ракета Советская стратегическая сверхзвуковая ракета

Стало ясно, насколько ракета «Метеорит» опередила свое время.

Популярная механика
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
Ешь, качай, беги! Ешь, качай, беги!

Фитнес-лайфхаки Миланы Королевой

Cosmopolitan
Открыть в приложении