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

Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Красочные кардиганы 7KA Красочные кардиганы 7KA

Из России с теплом

Vogue
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
Деньги для всех. Почему люди обращаются за краткосрочными займами Деньги для всех. Почему люди обращаются за краткосрочными займами

Микрофинансовые организации выдают деньги всем подряд. Так ли это на самом деле?

Forbes
Пешком по воде Пешком по воде

Далеко не все способны проплыть километр под водой

Популярная механика
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
С горочки спустился С горочки спустился

Мы встретились с чемпионом России по форкроссу Иваном Кунаевым

Популярная механика
Театральный продюсер Леонид Роберман: Моя миссия — создавать праздник Театральный продюсер Леонид Роберман: Моя миссия — создавать праздник

Чем радость лучше веселья и почему Россия уже не центр театрального мира

СНОБ
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

Популярная механика
Революция удалась: что означает смена власти в Армении Революция удалась: что означает смена власти в Армении

Жители не позволили Саргсяну сохранить контроль над республикой

Forbes
Имею скафандр, готов путешествовать Имею скафандр, готов путешествовать

Скафандров для других планет у человечества нет даже в перспективе

Популярная механика
Франсис Ольдер и макаронная фабрика Франсис Ольдер и макаронная фабрика

Как булочник из французского Лилля завоевал мировой рынок пирожных «макарон»

Forbes
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Если б я был султан: как живут многоженцы в США Если б я был султан: как живут многоженцы в США

Американским традициям чужда полигамия, однако некоторые мужчины ее выбирают

Cosmopolitan
Игра на выезде Игра на выезде

Как увидеть главные матчи ЧМ и разделить эмоции с друзьями

Популярная механика
Покусился за святое. Трамп пообещал остановить «искусственное завышение» цен на нефть Покусился за святое. Трамп пообещал остановить «искусственное завышение» цен на нефть

Нефтяные котировки на заявлениях главы Белого дома пошли вниз

Forbes
Ударные стройки науки Ударные стройки науки

Национальный научный фонд (NSF) опубликовал детальную статистику за 2016 год

Популярная механика
Дать кору дуба Дать кору дуба

Чем опасно ограничение импорта лекарств: семь вопросов и ответов

Русский репортер
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

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

Популярная механика
«У нее мерзкий характер»: Настасья Самбурская ответила на критику Елены Летучей «У нее мерзкий характер»: Настасья Самбурская ответила на критику Елены Летучей

Настасья Самбурская ответила на критику Елены Летучей

Cosmopolitan
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
Безопасный город. Почему жители надежнее видеокамер во дворах Безопасный город. Почему жители надежнее видеокамер во дворах

Влюбить человека в место обходится дешевле, чем убирать мусор

Forbes
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Как стать снайпером: основы снайперского дела Как стать снайпером: основы снайперского дела

Как известно, далеко не каждый стрелок – снайпер

Популярная механика
Дело жизни Казуаки Харады Дело жизни Казуаки Харады

Японский художник Казуаки Хараде нашел свое дело почти случайно

Популярная механика
Экономика прививок. Как вакцинация помогает государствам сокращать расходы Экономика прививок. Как вакцинация помогает государствам сокращать расходы

Около 100 млн человек на грани бедности из-за затрат на здравоохранение

Forbes
Топор плывет Топор плывет

В середине прошлого десятилетия в море вышло судно странной наружности

Популярная механика
Дневная красавица Дневная красавица

Кто одевает светских девушек в магазинах за хлебом

Tatler
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

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
Открыть в приложении