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

Китайский Карлсон Китайский Карлсон

Самой сложной и красивой игрушкой в мире был радиоуправляемый вертолет

Популярная механика
Руководство по выращиванию зубов Руководство по выращиванию зубов

Как вырастить новые здоровые зубы вместо поврежденных

Популярная механика
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Вечный Октоберфест: как получить гражданство Германии за инвестиции Вечный Октоберфест: как получить гражданство Германии за инвестиции

О чем важно помнить, если вы решились на переезд в Германию

Forbes
Рисунки на полях Рисунки на полях

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

Популярная механика
Деньги, призрак, аферисты: 5 причин посмотреть мюзикл «Привидение» в последний момент Деньги, призрак, аферисты: 5 причин посмотреть мюзикл «Привидение» в последний момент

Участники проекта «Сноб» сходили на «Привидение»

СНОБ
Возвращение «Индейца» Возвращение «Индейца»

Прошлое и настоящее мотоцикла Indian

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

Секс-фетиши, о которых ты не знала

Cosmopolitan
Заплечных дел мастер Заплечных дел мастер

Почти бесконечный боезапас за спиной

Популярная механика
«Я никогда не был по-настоящему богат». О чем говорил миллиардер Араз Агаларов на Forbes Club «Я никогда не был по-настоящему богат». О чем говорил миллиардер Араз Агаларов на Forbes Club

Самое интересное из выступления Араза Агаларова на Forbes Club

Forbes
Надежный рекордсмен Надежный рекордсмен

Сельскохозяйственные тракторы и рекорды «Ростсельмаша»

Популярная механика
Глубоко в карман: США потребовали от банков доступ к счетам российских олигархов Глубоко в карман: США потребовали от банков доступ к счетам российских олигархов

Американские сенаторы пригрозили устроить расследование

Forbes
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
Металлурги наступают. Лидеры роста состояния в списке Forbes Металлурги наступают. Лидеры роста состояния в списке Forbes

Кто из самых богатых бизнесменов в России стал за минувший 2017 год еще богаче

Forbes
Кошка на пути домой Кошка на пути домой

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

Популярная механика
Со знаком плюс Со знаком плюс

Как извлечь выгоду из недостатков

Cosmopolitan
Новая бронетанковая доктрина Новая бронетанковая доктрина

О зарождении новой бронетанковой доктрины

Популярная механика
Время перемен. Почему армянским революционерам придется договариваться с Россией Время перемен. Почему армянским революционерам придется договариваться с Россией

Армении придется решать накопившиеся вопросы в отношениях с соседями

Forbes
Брат небесный, брат земной Брат небесный, брат земной

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

Популярная механика
Свой среди чужих: как победить страхи и стать успешной Свой среди чужих: как победить страхи и стать успешной

Пять советов, которые помогут вам стать востребованным профессионалом

Forbes
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Есть ли эмоции у собак и кошек? Есть ли эмоции у собак и кошек?

Так трудно отказать нашим братьям меньшим в наличии если не разума, то сознания

Популярная механика
Имею скафандр, готов путешествовать Имею скафандр, готов путешествовать

Скафандров для других планет у человечества нет даже в перспективе

Популярная механика
Ким Чен Ын на свидании с бомбой, Ким Чен Ын на свидании с бомбой,

MTV сняли видео про Юрия Дудя

Cosmopolitan
Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
Ратоборцы: что нас ждёт на Ратоборцы: что нас ждёт на

Через пару дней нас ждет в Москве фестиваль «Турнир святого Георгия»

Популярная механика
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

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

Популярная механика
Лори и все ее личности: кто такая Лори Эрика Рафф? Лори и все ее личности: кто такая Лори Эрика Рафф?

Зачем девушке потребовалась другая личность?

Cosmopolitan
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
На волне: 4 способа повторить укладку подружки серфера самостоятельно На волне: 4 способа повторить укладку подружки серфера самостоятельно

Beach waves, пляжные локоны, — одна из самых модных укладок этого лета

Cosmopolitan
Открыть в приложении