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

Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Зайка моя, я твой... Зайка моя, я твой...

Секс-фетиши, о которых ты не знала

Cosmopolitan
Кресла вместо бомб Кресла вместо бомб

Бомбардировщик превратили в бизнес-джет

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
Ускоритель на орбите Ускоритель на орбите

Кто первым выкопал томагавк пучкового оружия, точно не известно

Популярная механика
«История любой успешной компании — это всегда история в том числе и ее ошибок» «История любой успешной компании — это всегда история в том числе и ее ошибок»

Генеральный директор «Газпромнефти» Александр Дюков поговорил с Forbes

Forbes
Возвращение «Индейца» Возвращение «Индейца»

Прошлое и настоящее мотоцикла Indian

Популярная механика
Очаровывать! Что такое истинная красота? Очаровывать! Что такое истинная красота?

Как насчет внутренней красоты? Что она дает и можно ее ли «развивать»?

Psychologies
Наука о прикосновениях Наука о прикосновениях

Белорусский стартап реализовал технологию передачи тактильных ощущений для VR

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

Много прекрасного для тех, кто успел соскучиться по смокингам

GQ
Как спрятать голову в железо Как спрятать голову в железо

История доспехов в европейском Средневековье и технология воссоздания в наши дни

Популярная механика
Как в старые-добрые времена: 5 правил чаепития на даче в саду Как в старые-добрые времена: 5 правил чаепития на даче в саду

Советуем тебе устроить дачное чаепитие. Настоящее, как в старые-добрые времена

Cosmopolitan
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
Скидка на страну. Сколько стоит человеческая жизнь в России Скидка на страну. Сколько стоит человеческая жизнь в России

Жизнь россиянина стоит непростительно дешево

Forbes
Очень сложная игра Очень сложная игра

Первая полезная компьютерная игра

Популярная механика
Функция vs декор Функция vs декор

Новая работа Алексея Николашина — интерьер в стиле софт–минимализм

SALON-Interior
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

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
Портрет генами Портрет генами

ДНК-фенотипирование позволит восстановить облик преступника по его генам

Популярная механика
Страх перед арахисовым маслом и 9 других необычных фобий Страх перед арахисовым маслом и 9 других необычных фобий

Десятка необычных фобий

Популярная механика
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
Кто изобрел спички? Кто изобрел спички?

Нам кажется, что спички были всегда, но как они появились?

Популярная механика
Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан

Эпопея немецкого рейдера «Кенигсберг» времен Первой мировой

Популярная механика
Скорость будущего: почему роботы не выгонят людей на улицу Скорость будущего: почему роботы не выгонят людей на улицу

Роботы могут многие вещи делать быстрее и точнее людей

Forbes
Удар с небес Удар с небес

Javelin считают наиболее совершенным легким средством против бронетехники

Популярная механика
По красоте: как новая социальная сеть изменит бьюти-индустрию По красоте: как новая социальная сеть изменит бьюти-индустрию

Скоро появится социальная сеть, которая готова тягаться с Instagram

Forbes
Рисунки на полях Рисунки на полях

На финале лиги чемпионов УЕФА-2018 засветился робот, рисующий разметку

Популярная механика
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
Шепот, который убивает Шепот, который убивает

Ни одна винтовка не способна проделывать такие трюки и оставлять такие отверстия

Популярная механика
Все в “шашечку”: 7 луков в стиле 90-х с кедами и одеждой Vans x Lazy Oaf Все в “шашечку”: 7 луков в стиле 90-х с кедами и одеждой Vans x Lazy Oaf

Vans объединился с лондонским модным брендом Lazy Oaf

Cosmopolitan
Открыть в приложении