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

Не просто фантастика Не просто фантастика

Городской тест-драйв беспилотного автомобиля

Популярная механика
На уровне Венесуэлы. Россия поднялась в мировом рейтинге гражданств На уровне Венесуэлы. Россия поднялась в мировом рейтинге гражданств

Аналитики обнаружили рост привлекательности российского гражданства

Forbes
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Три новых бургера, которые ты сможешь приготовить дома даже пьяным (особенно пьяным!) Три новых бургера, которые ты сможешь приготовить дома даже пьяным (особенно пьяным!)

Как приготовить правильный, смачный бургер

Maxim
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

МКС может завершить работу через шесть лет. Что будет дальше?

Популярная механика
Я готов целовать песок Я готов целовать песок

Наталья Погодина вместе с семьей поселилась на песчаном пляже в Анапе

AD
Рисующие роботы Пиндара ван Армана Рисующие роботы Пиндара ван Армана

Может ли робот стать художником

Популярная механика
Как стать обаятельным человеком: 5 секретов Как стать обаятельным человеком: 5 секретов

Пять шагов, которые помогут развить обаяние

Psychologies
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
«Русал» Дерипаски опасается дефолта из-за санкций США «Русал» Дерипаски опасается дефолта из-за санкций США

Акции компании «Русал» на Гонконгской бирже упали в цене на 50%

Forbes
Картонная инженерия Даниеля Агдага Картонная инженерия Даниеля Агдага

Австралийский художник Даниель Агдаг делает скульптуры из картона

Популярная механика
Бомбическая история: ядерные взрывы в сознании японцев и другие выставки фотобиеннале Бомбическая история: ядерные взрывы в сознании японцев и другие выставки фотобиеннале

Что смотреть на московской Фотобиеннале-2018

Forbes
С горочки спустился С горочки спустился

Мы встретились с чемпионом России по форкроссу Иваном Кунаевым

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
Брат небесный, брат земной Брат небесный, брат земной

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

Популярная механика
Всегда ли люди видели синий цвет? Всегда ли люди видели синий цвет?

По всей видимости, в древние времена люди не могли различать синий цвет

Популярная механика
Удар с небес Удар с небес

Javelin считают наиболее совершенным легким средством против бронетехники

Популярная механика
Две главных причины бояться искусственного интеллекта Две главных причины бояться искусственного интеллекта

Какие страхи в отношении сверхразума обоснованны? Ответ Дмитрию Волкову

СНОБ
Очень сложная игра Очень сложная игра

Первая полезная компьютерная игра

Популярная механика
Черная быль. Что именно произошло на Чернобыльской АЭС и чем все кончилось Черная быль. Что именно произошло на Чернобыльской АЭС и чем все кончилось

С момента катастрофы на Чернобыльской АЭС прошло уже много лет

Maxim
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
Меркель против Трампа. Германия попробует выйти из антироссийских санкций Меркель против Трампа. Германия попробует выйти из антироссийских санкций

На подходе новые многомиллиардные проекты, которыми Берлин не готов жертвовать

Forbes
Землянам, до востребования Землянам, до востребования

Солнечную систему посетил объект, прилетевший к нам от другой звезды

Популярная механика
Простая техника, чтобы принять решение и начать действовать Простая техника, чтобы принять решение и начать действовать

Как начать хотеть, если уже давно ничего не хочется?

Psychologies
Конец всему Конец всему

Несколько вариантов сценария будущего для Вселенной

Популярная механика
Работать больше или дольше: как измерить лень в экономике Работать больше или дольше: как измерить лень в экономике

Прибыль и продолжительность рабочего дня не дают полной картины о бизнесе

Forbes
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
Ставка на глобализацию. Зачем нужны акции Apple на Московской бирже Ставка на глобализацию. Зачем нужны акции Apple на Московской бирже

Запуск торгов иностранными бумагами на Московской бирже

Forbes
Стеклянные микробы Люка Джеррама Стеклянные микробы Люка Джеррама

Героев этих произведений не разглядеть без микроскопа

Популярная механика
Дедушка «Звездных войн»: как Циолковский, сидя в кресле, Вселенную покорял Дедушка «Звездных войн»: как Циолковский, сидя в кресле, Вселенную покорял

Истинный гений стал великим освоителем Вселенной, не покидая своего кресла

Maxim
Открыть в приложении