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

Картонная инженерия Даниеля Агдага Картонная инженерия Даниеля Агдага

Австралийский художник Даниель Агдаг делает скульптуры из картона

Популярная механика
Комсомольский комсомолец Комсомольский комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

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
Портрет генами Портрет генами

ДНК-фенотипирование позволит восстановить облик преступника по его генам

Популярная механика
Новое рождение: надолго ли сланцевая революция продлила век нефти Новое рождение: надолго ли сланцевая революция продлила век нефти

Современная нефтянка — это высокотехнологичная индустрия

Forbes
Точечный старт Точечный старт

История отечественного авиаконструктора – Владимира Мясищева

Популярная механика
Бейонсе открыла фестиваль Coachella, и это было бесподобно Бейонсе открыла фестиваль Coachella, и это было бесподобно

5 причин, почему стоит посмотреть это шоу – среди них феминизм и тверкинг

GQ
Надежный рекордсмен Надежный рекордсмен

Сельскохозяйственные тракторы и рекорды «Ростсельмаша»

Популярная механика
Что носили мужчины на этой неделе Что носили мужчины на этой неделе

Много прекрасного для тех, кто успел соскучиться по смокингам

GQ
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Замуж за Чикатило: жены маньяков, которые ни о чем не подозревали Замуж за Чикатило: жены маньяков, которые ни о чем не подозревали

Все эти женщины уверяли, что не имели понятия о том, с кем на самом деле живут

Cosmopolitan
Проект Guido Проект Guido

Ничего подобного в России прежде не строили

Популярная механика
9 признаков благополучия беременности 9 признаков благополучия беременности

Правильно ли развивается беременность?

9 месяцев
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
Вызов Илону Маску. Супруги Филевы стали владельцами «Морского старта» Вызов Илону Маску. Супруги Филевы стали владельцами «Морского старта»

К ноябрю 2018 года планируется доставить и собрать ракету «Зенит-3SL»

Forbes
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

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

Популярная механика
7 ключей, чтобы найти цель в жизни 7 ключей, чтобы найти цель в жизни

Несколько нетривиальных советов, которые помогут определиться со смыслом жизни

Psychologies
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
Дым сигарет с метанолом: новички в рейтинге Forbes Дым сигарет с метанолом: новички в рейтинге Forbes

Рейтинг богатейших людей России пополнился

Forbes
Возвращение «Индейца» Возвращение «Индейца»

Прошлое и настоящее мотоцикла Indian

Популярная механика
«Входной билет в космос» «Входной билет в космос»

Авиационный перевозчик S7 Group надеется стать еще и космическим

РБК
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

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

Популярная механика
Как покупать на вторичном рынке Как покупать на вторичном рынке

Купив подержанное устройство и сделав правильный выбор, можно сэкономить

CHIP
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Май в Таиланде Май в Таиланде

Таиланд прекрасен в любое время года

Домашний Очаг
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
Взрослая площадка. Как стать своей в мужской игре Взрослая площадка. Как стать своей в мужской игре

Почему мужчины склонны недооценивать женщин-предпринимательниц

Forbes
Любой каприз Любой каприз

Компьютерный дизайн материалов

Популярная механика
В чем ехать за город в майские праздники? В чем ехать за город в майские праздники?

Что надеть, чтобы даже на шашлыках выглядеть классно

GQ
Открыть в приложении