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

Ракетный маневр Ракетный маневр

С S7 Space связывают надежды на развитие отечественной частной космонавтики

Популярная механика
Кто изобрел спички? Кто изобрел спички?

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

Популярная механика
Нервные клетки не восстанавливаются? Нервные клетки не восстанавливаются?

Может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных

Популярная механика
10 лет Jaguar Land Rover: как индусы спасли автомобильное наследие Британии 10 лет Jaguar Land Rover: как индусы спасли автомобильное наследие Британии

Когда ожидать Jaguar словацкой сборки и на какой мировой рекорд идет Land Rover

Forbes
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
10 малоизвестных автомобильных брендов из Южной Кореи 10 малоизвестных автомобильных брендов из Южной Кореи

В Южной Корее хватает брендов, о которых вы вряд ли слышали

Популярная механика
Удар с небес Удар с небес

Javelin считают наиболее совершенным легким средством против бронетехники

Популярная механика
Продуктовая корзина: как построить свой бизнес на полуготовых блюдах Продуктовая корзина: как построить свой бизнес на полуготовых блюдах

Ошма Гарг развивает новую нишу — здоровая частично приготовленная пища

Forbes
Прививка или смерть Прививка или смерть

Создание эффективной вакцины против ВИЧ заняло почти 40 лет

Популярная механика
В последний момент: куда недорого рвануть на майские праздники В последний момент: куда недорого рвануть на майские праздники

Подборка из 5 городов, куда можно недорого поехать на майские каникулы

Cosmopolitan
Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан

Эпопея немецкого рейдера «Кенигсберг» времен Первой мировой

Популярная механика
Мудрая пудра Мудрая пудра

Дом, в котором много натуральных материалов, мягких тканей и пастельных оттенков

AD
Портрет генами Портрет генами

ДНК-фенотипирование позволит восстановить облик преступника по его генам

Популярная механика
Игра на выбывание: кто покинул список Forbes в 2018 году Игра на выбывание: кто покинул список Forbes в 2018 году

Из списка богатейших бизнесменов России выбыли 15 человек

Forbes
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Минтранс планирует повысить штрафы за задержку авиарейсов в 14 раз Минтранс планирует повысить штрафы за задержку авиарейсов в 14 раз

Минтранс планирует ужесточить наказание для авиакомпаний за задержку вылетов

Forbes
Двойные стандарты Двойные стандарты

Стоимость антиматерии падает

Популярная механика
Прогулка по Венеции Прогулка по Венеции

Главной темой интерьера этой квартиры в центре Иркутска стала Венеция

SALON-Interior
Летающий фрегат Летающий фрегат

Российский проект транспортного беспилотника с вертикальными взлетом и посадкой

Популярная механика
Разрыв шаблона Разрыв шаблона

Рай­а­н Рей­нольд­с — дерзкий супергерой и примерный отец

Glamour
Картонная инженерия Даниеля Агдага Картонная инженерия Даниеля Агдага

Австралийский художник Даниель Агдаг делает скульптуры из картона

Популярная механика
«Чубайса в шахту, чтобы черным вылез!» К юбилею Виктора Черномырдина «Чубайса в шахту, чтобы черным вылез!» К юбилею Виктора Черномырдина

Александр Гамов — о своем многолетнем собеседнике и главном герое

СНОБ
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
«Торжество любви над ненавистью». Как женщина из Бурунди спасла 30 тысяч детей от гибели «Торжество любви над ненавистью». Как женщина из Бурунди спасла 30 тысяч детей от гибели

«Сноб» рассказывает историю Маргерит Баранкитс, которая спасла тысячи детей

СНОБ
Танки против крепостей Танки против крепостей

Миф об уничтоженных танковых армиях на улицах Берлина

Популярная механика
6 признаков мудрой женщины 6 признаков мудрой женщины

Что отличает мудрую женщину?

Psychologies
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
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
Мир-кольцо Мир-кольцо

Земли в форме бублика: добро пожаловать на обруч и пончик

Популярная механика
Утраченное богатство: самые крупные потери российских миллиардеров Утраченное богатство: самые крупные потери российских миллиардеров

Бизнесмены, чьи потери средств за прошедший год оказались наиболее существенными

Forbes
Открыть в приложении