Скоро у нас будут квантовые компьютеры и множество других квантовых устройств

РБКHi-Tech

Скоро у нас будут квантовые компьютеры и множество других квантовых устройств

Текст Валерий Игуменов

Квантовую механику трудно понять не только потому, что она очень сложна, а еще и потому, что она противоречит здравому смыслу — обычно принято вспоминать известный пример с одновременно живым и мертвым котом Шредингера. Правда, квантовая механика работает вне зависимости от того, понимает обычный человек ее принципы или нет, и уже через несколько лет мы будем пользоваться новейшими плодами квантовой революции

Эта революция продолжается больше ста лет, и сейчас мы переживаем уже вторую квантовую революцию. Первая подарила нам полупроводниковые триоды, интегральные схемы, лазеры, магнитно-резонансные томографы, CD, флеш-память, лидары и многие другие устройства, работа которых построена на принципах квантовой механики. Первая квантовая революция дала нам и компьютеры, работающие как раз на полупроводниковых триодах и интегральных схемах, которые мы обычно называем транзисторами и микрочипами.

Квантовый компьютер должен стать главным чудом второй квантовой революции, которая продолжается уже несколько лет. Объяснить его главное отличие от классического не очень сложно: обычный компьютер использует для обработки информации бинарный код, то есть бит, минимальная единица информации в классических компьютерах, может находиться в одном из двух состояний — 0 или 1. Минимальная единица информации в квантовом компьютере — квантовый бит, или кубит, — способна одновременно находиться во всех возможных состояниях, в том числе быть 0 и 1 одновременно (до тех пор, пока мы его не наблюдаем). Эта способность называется квантовой суперпозицией, именно в эту квантовую суперпозицию помещал своего кота Эрвин Шредингер.

Как и во всем, что связано с квантовой физикой, это неполное, упрощенное и на самом деле не особенно понятное объяснение принципа работы квантового компьютера. Главное, что стоит запомнить будущим пользователям подобных устройств, — суперпозиция позволит квантовым компьютерам решать определенный тип задач быстрее обычных компьютеров. Насколько быстрее?

В декабре 2015 года Google тестировал адиабатический компьютер D-Wave 2X, работающий по так называемому принципу квантового отжига. Придуманную для теста задачу он решил в 100 млн раз быстрее, чем обычный одноядерный процессор, говорил директор инженерного подразделения Google Хартмут Невен. Google, который совместно с HASA купил три из десяти проданных на рынке компьютеров производства канадской D-Wave (последняя модель стоит $15 млн), использует их для экспериментов и расчетов новых алгоритмов.

Конечно, это был не совсем честный тест: для него придумали именно такую задачу, с которой D-Wave 2X справится настолько лучше, чем обычный ноутбук. К тому же компьютеры канадской компании способны решать только один тип задач, их нельзя перепрограммировать, а ученые спорят, можно ли вообще считать компьютеры D-Wave квантовыми. И уж точно это не «универсальные квантовые компьютеры», тот Святой Грааль квантовой механики, который еще предстоит создать. Но они уже работают над практическими задачами.

Один из последних покупателей компьютеров D-Wave, концерн Volkswagen, использует квантовые вычисления для решения проблемы с пробками в Пекине, рассказали в D-Wave. Компании разработали алгоритм для подбора оптимального маршрута из центра до аэропорта для службы такси. Алгоритм, запущенный на компьютере D-Wave, справился с задачей менее чем за секунду, тогда как обычному компьютеру на ее решение потребовалось около 45 минут, сообщили журналу РБК в D-Wave. Команда Volkswagen попытается применить тот же алгоритм для прогнозирования пробок в Барселоне, рассказали в канадской компании.

Еще одна задача, с которой квантовые компьютеры справляются гораздо быстрее обычных, — факторизация, разложение чисел на простые множители. Эта их способность позволяет взламывать любые современные криптографические системы с открытым ключом. Это ставит под угрозу защищенные линии связи и зашифрованные сообщения или, к примеру, блокчейн с его цифровыми подписями. Обычные компьютеры тоже способны взламывать сложные шифры, просто им для этого нужно очень много времени, многие годы, тогда как квантовые компьютеры решают эти задачи за минуты. Теоретически. К счастью для правительств и держателей биткоинов, полноценных квантовых компьютеров пока не существует.

Квантовое превосходство

Большинство современных квантовых компьютеров — как правило, их разновидность под названием «квантовые симуляторы» — расположены в лабораториях научных центров, университетов и крупных ИТ-корпораций вроде IBM, Intel и Microsoft. Это очень громоздкие, нестабильные и капризные устройства, функционирование которых может нарушить даже проехавший в километре трамвай, а чипы с кубитами приходится замораживать до температуры, близкой к абсолютному нулю. Сейчас работа на квантовых компьютерах скорее напоминает физические эксперименты, но все может измениться очень быстро, потому что в этой области все уже меняется очень быстро.

Современный этап развития квантовых компьютеров многие сравнивают с этапом, на котором обычные компьютеры находились в конце 1940-х — начале 1950-х годов, когда эти устройства занимали целую комнату и потребляли электричество в гигантских объемах. Еще в начале 1990-х годов идею квантовых компьютеров никто не воспринимал всерьез даже в научных кругах, рассказал журналу РБК профессор Гарвардского университета Михаил Лукин. В середине 2000-х Лукин не решился заняться созданием такого устройства: подобный проект выглядел слишком рискованным. А летом 2017 года команда Лукина объявила о создании симулятора квантового компьютера на 51 кубит, команда Мэрилендского университета — на 53 кубита, команда IBM — на 56 кубитов.

Фрагмент 50-кубитного квантового компьютера, созданного корпорацией IBM осенью 2017 года

При этом IBM планирует запустить «универсальный» квантовый компьютер в 2018 году и уже выложила свой нынешний работающий прототип в облако, где можно попробовать работать на квантовом компьютере. Intel через десять лет обещает добиться мощности своего компьютера в 1 млн кубитов, говорит директор по квантовому оборудованию Intel Джим Кларк.

Вероятнее всего, квантовые компьютеры не заменят обычные — по крайней мере так сейчас считают их разработчики. Профессор Токийского технологического института Хидетоси Нисимори в одном из интервью сравнил квантовые компьютеры с очень мощными гоночными машинами: из того, что они показывают лучшие результаты на специальном треке, не следует, что все мы завтра купим такие машины и начнем ездить на них на работу или за покупками. Скорее они будут встраиваться в одну цепочку с классическими компьютерами там, где это нужно, и это уже происходит. Практически все действующие квантовые симуляторы являются гибридными установками, части которых управляются обычными компьютерами.

Но квантовые вычисления — это пока настолько передовой край науки, что пока никто не может сказать точно, как будут выглядеть квантовые компьютеры ближайшего будущего, что они будут уметь и будут ли квантовые процессоры работать в наших телефонах или ноутбуках. В одном сходятся ученые и сотрудники корпораций — в ближайшие пять-десять лет квантовых компьютеров вокруг нас будет все больше, и они будут становиться мощнее. Будет ли достигнуто «квантовое превосходство» — это неправильный вопрос. Правильный вопрос — когда?

Фото: Арсений Несходимов для РБК; из архива пресс-службы компании IBM

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Прививка или смерть Прививка или смерть

Создание эффективной вакцины против ВИЧ заняло почти 40 лет

Популярная механика
Переходим на летнее время Переходим на летнее время

7 актуальных задач, которые легче решить под ярким солнцем

Лиза
Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

Актриса, певица, дива, Самбурская, Настасья – все это о ней

Maxim
«Страсть в стоге сена» «Страсть в стоге сена»

Как «Тихий Дон» ругала и хвалила советская, эмигрантская и западная критика

Weekend
Монарх под видом демократа Монарх под видом демократа

Октавиан Август не стал повторять ошибок Цезаря

Дилетант
Трофейный ресурс Трофейный ресурс

Что получил СССР в качестве компенсации от Германии по итогам войны

Эксперт
Их университеты. Как заставить учиться тех, кому за 30 Их университеты. Как заставить учиться тех, кому за 30

Образование длиною в жизнь в Европе становится нормой

Forbes
«А он, мятежный, просит бури» «А он, мятежный, просит бури»

Самые опасные места океанов, как смогли их покорить. Беседа с Федором Конюховым

Вокруг света
28, Пётр и ослик 28, Пётр и ослик

Рассказ Григория Служителя — про путешествие в прошлое на троллейбусе

Afternoon Seasons of life
Спасители мира: 10 важных фактов о пчелах Спасители мира: 10 важных фактов о пчелах

10 главных фактов, которые стоит знать о пчелах

Правила жизни
Братья Либа Братья Либа

Творчество братьев Либа разноцветной палитрой бушует между двумя точками

Afternoon Seasons of life
Самый сок Самый сок

Готовим полезные напитки из дачных ягод, фруктов и овощей

Добрые советы
Топ-5 орехов против старения Топ-5 орехов против старения

Могут ли орехи улучшить ваше самочувствие и продлить молодость?

ТехИнсайдер
«Подписали — и попали». 3 главные автомобильные аферы последних лет «Подписали — и попали». 3 главные автомобильные аферы последних лет

Когда на кону миллионы и авто, фантазия у аферистов работает без ограничений

РБК
Тест-полоска: как Минздрав помогает регионам лечить пациентов с диабетом Тест-полоска: как Минздрав помогает регионам лечить пациентов с диабетом

Как реализуется федеральная программа «Борьба с сахарным диабетом»

Forbes
Нерусская водка: какие бренды популярнее всего за рубежом Нерусская водка: какие бренды популярнее всего за рубежом

О самых популярных брендах иностранной «беленькой»

Maxim
Во II тысячелетии до нашей эры британское олово попало на Ближний Восток Во II тысячелетии до нашей эры британское олово попало на Ближний Восток

Во II тысячелетии до н. э олово поступало из Британии на Ближний Восток

N+1
Будь в форме Будь в форме

Мы собрали семь причин, из-за которых вы никак не можете обрести фигуру мечты

Moodboard
Почему не стоит оставлять открытыми алюминиевые банки в холодильнике Почему не стоит оставлять открытыми алюминиевые банки в холодильнике

Безопасно ли есть из железных банок, которые были оставлены открытыми?

ТехИнсайдер
Метеоризм Метеоризм

Почему метеоризм возникает даже у здоровых людей?

Здоровье
Стресс в наследство Стресс в наследство

Как на ребенка влияет стресс матери во время беременности?

Здоровье
Внук авторитетной бабушки Внук авторитетной бабушки

Дмитрий Журавлев — о том, как он не стал преступником

Правила жизни
Коротко и ясно Коротко и ясно

Идеи для коротких, но ярких путешествий по России

Добрые советы
Бактерии совершают самоубийство, чтобы спасти свою колонию от вирусов Бактерии совершают самоубийство, чтобы спасти свою колонию от вирусов

Кишечная палочка использует ранее неизвестную противовирусную систему

ТехИнсайдер
Валентин Фадеев: «Узлы в щитовидной железе – чаще всего вариант нормы, как родинки на коже» Валентин Фадеев: «Узлы в щитовидной железе – чаще всего вариант нормы, как родинки на коже»

Щитовидка, лишний вес и гормоны: разбираемся в тонкостях с эндокринологом

Здоровье
«Женитьба»: женское несчастье «Женитьба»: женское несчастье

Евгений Марчелли поставил в Театре Моссовета знаменитую пьесу Гоголя

Ведомости
Столкновение умов: как не проиграть конкуренцию в борьбе за лидерство в области ИИ Столкновение умов: как не проиграть конкуренцию в борьбе за лидерство в области ИИ

Как на самом деле развивается ИИ в России?

Forbes
Вы будете платить за уборку вместо арендатора: топ ошибок в договоре аренды коммерческой недвижимости Вы будете платить за уборку вместо арендатора: топ ошибок в договоре аренды коммерческой недвижимости

Как бизнесмены теряют деньги на аренде из-за банальных ошибок

Inc.
«Любовь к Родине. Куда она может исчезнуть?» «Любовь к Родине. Куда она может исчезнуть?»

Борис Николаев о военных кампаниях на Северном Кавказе, службе в спецназе и вере

Монокль
Слава: «Я всегда мечтаю о том, что может сбыться» Слава: «Я всегда мечтаю о том, что может сбыться»

25 лет на сцене — певица Слава по праву может гордиться этим достижением

Добрые советы
Открыть в приложении