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

Кошка на пути домой Кошка на пути домой

Кошка на пути домой. От совершенного хищника к совершенному домашнему питомцу

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
Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
Каждому свое: как подобрать правильные аксессуары для твоего типа фигуры Каждому свое: как подобрать правильные аксессуары для твоего типа фигуры

Как выбрать аксессуары, с которыми ты всегда будешь выглядеть «на пятерку»

Cosmopolitan
Знаки и смыслы Китая Знаки и смыслы Китая

Китайская иероглифика прекрасна чувствует себя даже в цифровую эпоху

Популярная механика
Российские ученые смоделировали поведение вольфрама в термоядерном реакторе Российские ученые смоделировали поведение вольфрама в термоядерном реакторе

Процесс растрескивания вольфрама в результате мощного импульсного нагрева

Популярная механика
Чистый тяжелый металл Чистый тяжелый металл

Как производят слитки драгоценных металлов

Популярная механика
Проще пареной репы. Как женщины управляют продуктовым ритейлом Проще пареной репы. Как женщины управляют продуктовым ритейлом

Что видит женщина в магазинной еде, и чего не видит мужчина?

Forbes
Мир завтрашнего дня Мир завтрашнего дня

Дизайн – это вовсе не то, как выглядит какой-то предмет

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
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
7 секретов стиля Джареда Лето 7 секретов стиля Джареда Лето

Или как носить только Gucci

Esquire
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

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
Ускоритель на орбите Ускоритель на орбите

Кто первым выкопал томагавк пучкового оружия, точно не известно

Популярная механика
Менять ли фамилию, выходя замуж: 9 моментов, которые стоит обдумать Менять ли фамилию, выходя замуж: 9 моментов, которые стоит обдумать

Сегодня никто не осудит, если вы оставите себе девичью фамилию

Psychologies
Как победить хищника? Как победить хищника?

Навыки выживания, необходимые для победы над расой идеальных охотников

Популярная механика
Гормон мне друг? Гормон мне друг?

Как гормоны влияют на наше настроение, вес и качество кожи​​​​​​​

Cosmopolitan
Пока не было света Пока не было света

Предыстория солнца и солнечной системы

Популярная механика
Бедный народ. Медведев не нашел денег на повышение МРОТ до 20 000 рублей Бедный народ. Медведев не нашел денег на повышение МРОТ до 20 000 рублей

Дмитрий Медведев очередной раз констатировал отсутствие денег в бюджете

Forbes
Брат небесный, брат земной Брат небесный, брат земной

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

Популярная механика
Зеленые небеса: чем занимается одна из самых дорогих финтех-компаний США Зеленые небеса: чем занимается одна из самых дорогих финтех-компаний США

Онлайн-кредитор GreenSky выйдет на IPO при оценке капитализации в $5 млрд

Forbes
Надежный рекордсмен Надежный рекордсмен

Сельскохозяйственные тракторы и рекорды «Ростсельмаша»

Популярная механика
Нас не догонят. Смогут ли США наверстать отставание в разработке гиперзвукового оружия Нас не догонят. Смогут ли США наверстать отставание в разработке гиперзвукового оружия

После презентации гиперзвуковой ракеты «Кинжал» США бросились догонять Россию

Forbes
Мусор и ветер Мусор и ветер

Каждый из нас производит сотни килограммов отходов в год

Популярная механика
В ожидании чуда: что происходит с российскими светофорами В ожидании чуда: что происходит с российскими светофорами

В России увеличилось время ожидания на светофоре

Forbes
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
На Золотом кольце… На Золотом кольце…

Вокруг небольшого городка Иваново есть что посмотреть

Лиза
Пешком по воде Пешком по воде

Далеко не все способны проплыть километр под водой

Популярная механика
Вежливая сеть: как научить искусственный интеллект относиться к людям непредвзято Вежливая сеть: как научить искусственный интеллект относиться к людям непредвзято

Для нейросети нет разницы, какого пола и расы человека необходимо распознавать

Forbes
Открыть в приложении