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

Одним махом Одним махом

Как гиперзвуковые технологии меняют мир и почему Россия «впереди планеты всей»

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
Еще не все пропало! Еще не все пропало!

Что делать, если потеряла телефон: защищаем данные, восстанавливаем контакты

Лиза
Все чиновники делают это Все чиновники делают это

Почему бюрократы всегда при деньгах

Огонёк
Больше энергии Больше энергии

14 советов, как разбудить организм, если все время хочется спать

Лиза
Чем заняться в Москве в честь Дня благотворителя Чем заняться в Москве в честь Дня благотворителя

13 апреля в России отмечается День мецената и благотворителя

Cosmopolitan
Деньги на старость. Депутаты предложили увеличить пенсии в среднем на 6200 рублей Деньги на старость. Депутаты предложили увеличить пенсии в среднем на 6200 рублей

Правительство России не поддержало законопроект, предусматривающий рост пенсий

Forbes
10 Instagram-аккаунтов, в которых нет табу на менструацию 10 Instagram-аккаунтов, в которых нет табу на менструацию

Аккаунты, в которых девушки и женщины не стесняются говорить о менструации

Cosmopolitan
Красота и жертвы: 10 ужасных преступлений, совершенных пластическими хирургами Красота и жертвы: 10 ужасных преступлений, совершенных пластическими хирургами

Иногда те, кто призван спасать людей, вместо этого наносят им непоправимый ущерб

Cosmopolitan
Грудничок: мифы и реальность Грудничок: мифы и реальность

Насколько разумны советы, касающиеся здоровья и ухода за грудничками

9 месяцев
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
Мастер-манипулятор Мастер-манипулятор

Что делать, если парикмахер или косметолог навязывает дополнительные услуги?

Лиза
Камуфляж: для чего он предназначен и как работает Камуфляж: для чего он предназначен и как работает

Камуфляж не всегда ставит своей целью полную маскировку

Популярная механика
Тайны алмазной биржи Израиля. Часть 2 Тайны алмазной биржи Израиля. Часть 2

Поэзия огромных денег, месторождений и сертификатов

Vogue
Создатель Создатель

Сергей Ерошенко сам отбирает продукты, сам работает, и сам создает атмосферу

Cosmopolitan
Больше никаких чипсов: в аэропортах Парижа откроют мишленовские рестораны Больше никаких чипсов: в аэропортах Парижа откроют мишленовские рестораны

Парижские Аэропорты создали концепцию 21 округа Парижа

Cosmopolitan
Идеальный перекус Идеальный перекус

Любимые орешки «с изюминкой»

Лиза
Культовые пары российской эстрады: от Пугачевой и Кузьмина до Агутина и Варум Культовые пары российской эстрады: от Пугачевой и Кузьмина до Агутина и Варум

Эти звездные пары были вместе на сцене и за кулисами

Cosmopolitan
Энергетическая гигиена: как поддерживать баланс сил Энергетическая гигиена: как поддерживать баланс сил

Где черпать силы в энергозатратные будни?

Psychologies
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
Уволить Цукерберга: как Facebook выжить между политикой и экономикой Уволить Цукерберга: как Facebook выжить между политикой и экономикой

Политики стремятся вернуть контроль над инструментами массового воздействия

Forbes
Возвращение «Индейца» Возвращение «Индейца»

Прошлое и настоящее мотоцикла Indian

Популярная механика
Ядерная ракетка Ядерная ракетка

Немецкий теннисист Cаша Зверев

GQ
Доброта спасет мир? Доброта спасет мир?

Как отзывчивость и желание помогать другим могут загнать в ловушку?

Лиза
10 лучших альбомов месяца 10 лучших альбомов месяца

10 наиболее интересных альбомов апреля

Esquire
Яркий лидер: как стать харизматичным человеком Яркий лидер: как стать харизматичным человеком

Харизматичными людьми не рождаются, а становятся

Forbes
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
Quiksilver New Star Camp: новая глава в истории роccийских фестивалей Quiksilver New Star Camp: новая глава в истории роccийских фестивалей

Масштабный спортивно-музыкальный фестиваль Quiksilver New Star Camp

Cosmopolitan
Черный Георгин: убийство, которое потрясло весь мир, до сих пор не разгадано Черный Георгин: убийство, которое потрясло весь мир, до сих пор не разгадано

Ее мечтам не суждено было осуществиться. Кто-то взял и разрезал ее пополам

Cosmopolitan
«Начало прекрасной дружбы». Белый дом сообщил Кремлю о передышке в санкциях «Начало прекрасной дружбы». Белый дом сообщил Кремлю о передышке в санкциях

Владимир Путин дал чиновникам указание снизить накал антиамериканской риторики

Forbes
Открыть в приложении