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

Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Цветовые ошибки: как один оттенок способен испортить весь интерьер Цветовые ошибки: как один оттенок способен испортить весь интерьер

Какие ошибки в выборе цвета стен способны испортить весь интерьер?

VOICE
Анна Седокова Анна Седокова

Наверное, она уже привыкла к эпитетам «горячая», «аппетитная», «сочная»

Playboy
Как запустить посудомоечную машину первый раз — инструкция и советы Как запустить посудомоечную машину первый раз — инструкция и советы

Как правильно запускать посудомоечную машину первый раз?

CHIP
Коллективное хозяйство Коллективное хозяйство

У «Куйбышевазот» нет контролирующего акционера, но есть главный

Forbes
«Ревность о Севере: Прожектерское предпринимательство и изобретение Северного морского пути в Российской империи» «Ревность о Севере: Прожектерское предпринимательство и изобретение Северного морского пути в Российской империи»

Почему предпринимателей интересовала печорская древесина

N+1
Стая товарищей Стая товарищей

Рассказ Елены Первушиной

Наука и жизнь
Позитивные вибрации: плюсы и минусы дизельной модификации пикапа JAC T9 Позитивные вибрации: плюсы и минусы дизельной модификации пикапа JAC T9

JAC T9: настоящие внедорожники еще выпускают

ТехИнсайдер
Чьим голосом вы говорите с собой? Чьим голосом вы говорите с собой?

Тест: как часто вы точно понимаете, чего на самом деле хотите

Psychologies
Академик Петр Чумаков: вирусы позволяют увидеть раковые клетки и сформировать иммунный ответ Академик Петр Чумаков: вирусы позволяют увидеть раковые клетки и сформировать иммунный ответ

Вирусы дают надежду в лечении самых злокачественных видов рака

Наука
Жизнь без гаджетов Жизнь без гаджетов

Как прекратить сидеть в телефоне: 9 шагов к цифровой свободе

Лиза
Трудовая дисциплина Трудовая дисциплина

Об отношении Гвардиолы к тренировочному процессу и его системе мотивации игроков

Ведомости
Биология эльфов Биология эльфов

Чем эльфам пришлось бы «пожертвовать» в обмен на вечную жизнь?

Вокруг света
Музыка — не в нотах Музыка — не в нотах

Что мы потеряли в музыке за последние сто лет, педантично следуя нотам?

СНОБ
Счастье для всех недаром Счастье для всех недаром

Писатель Шамиль Идиатуллин — о роли Аркадия Стругацкого в его жизни

Weekend
«Лабиринт Минотавра»: новые находки, новые загадки «Лабиринт Минотавра»: новые находки, новые загадки

Культовое сооружение четырехтысячелетней давности отменяет возведение аэропорта

Наука
Зонд Parker Solar Probe подтвердил влияние магнитного поля на солнечные вспышки Зонд Parker Solar Probe подтвердил влияние магнитного поля на солнечные вспышки

Ученые подтвердили теоретические модели магнитного пересоединения

ТехИнсайдер
В сосновом бору В сосновом бору

Настоящий гимн природе в интерьере загородного дома в пригороде Новосибирска

SALON-Interior
Мир экзопланет: что для космоса «норма»? Мир экзопланет: что для космоса «норма»?

Уже можно говорить о планетах необычных. Как выглядят «обычные» – установлено

Наука и техника
Жизнь на несколько биографий Жизнь на несколько биографий

В Череповце показывают этюды Василия Верещагина

Weekend
Почему в некоторых озерах вода розового цвета? Почему в некоторых озерах вода розового цвета?

Почему по всему миру можно найти розовые озера?

ТехИнсайдер
Два Китая Два Китая

Эти путевые заметки были собраны Павлом Шинским в шести китайских провинциях

СНОБ
Все фильмы и сериалы Джеймса Ганна от худшего к лучшему Все фильмы и сериалы Джеймса Ганна от худшего к лучшему

Фильмы Джеймса Ганна от инди-ужасов до супергероев Marvel и DC

Maxim
Реинкарнация под запретом Реинкарнация под запретом

Какие киножанры больше всего любят вьетнамцы и кто контролирует прокат страны

СНОБ
Бидермейер нашего времени Бидермейер нашего времени

Искусство правого поворота в венском музее

Weekend
Как в том меме Как в том меме

Почему ироничные картинки стали видом коммуникации и целым культурным пластом

Grazia
Точное определение Точное определение

От идеи журналиста до легенды футбола: история Суперкубка УЕФА

Ведомости
Каннибалы 5600 лет назад съели в Атапуэрке 11 человек Каннибалы 5600 лет назад съели в Атапуэрке 11 человек

Ученые проанализировали многочисленные человеческие кости из пещеры Эль-Мирадор

N+1
Прямоточные двигатели будущего Прямоточные двигатели будущего

Сложнейшая задача гиперзвукового движения решается с нескольких направлений

Наука
«История Сопротивления во Франции: 1940-1944» «История Сопротивления во Франции: 1940-1944»

Как немцы выслеживали участников подполья во время Сопротивления во Франции

N+1
Открыть в приложении