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
Очень странные дела Очень странные дела

Какие бьюти-тренды из соцсетей искренне настораживают косметологов

Лиза
Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

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

Maxim
Никас Сафронов: «Мой гениальный пиарщик — это время» Никас Сафронов: «Мой гениальный пиарщик — это время»

Мою жизнь можно было распределить на сотни других жизней

Караван историй
Miss MAXIM 2019 Miss MAXIM 2019

Марафон красоты длиной в пять месяцев финишировал!

Maxim
Читаем Читаем

Книги о мечтателях, бунтарях, романтиках, о тех, кто не сдается и меняет правила

СНОБ
Голицыны Голицыны

Происходят Голицыны от литовского князя Гедимина

Дилетант
Все фильмы Пон Джун Хо, снявшего «Микки 17» и «Паразиты»: от худшего к лучшему Все фильмы Пон Джун Хо, снявшего «Микки 17» и «Паразиты»: от худшего к лучшему

8 фильмов южнокорейского режиссера, от легких комедий до мощных триллеров

Maxim
В Португалии нашли выгравированные в эпоху верхнего палеолита фигуры животных В Португалии нашли выгравированные в эпоху верхнего палеолита фигуры животных

Археологи обнаружили в Португалии новые произведения палеолитического искусства

N+1
Возможности перевода Возможности перевода

Российские банки налаживают возможности по переводу денежных средств за границу

Ведомости
Белковое изобилие Белковое изобилие

Белковые батончики, коктейли, протеиновые добавки популярны. Но безопасны ли?

Здоровье
Тихая роскошь Тихая роскошь

Пентхаус на берегу Верхнего озера с «парящим» кабинетом

SALON-Interior
«Интересно делать что-то нестандартное» «Интересно делать что-то нестандартное»

Анна Снаткина о любви к фэнтези и принципах воспитания дочери

OK!
Теория права: сбывшиеся теории заговоров Теория права: сбывшиеся теории заговоров

Пять неочевидных подтверждений того, что в каждой сказке – лишь доля сказки

Правила жизни
Серебряный век Серебряный век

Дмитрий Чеботарев — о трендах, которые задают дальнейшее развитие кино

Men Today
Геолокация резидента Геолокация резидента

Зачем власти обновляют порядок актуализации информации о налоговом резидентстве

Ведомости
«Человек — это богатство, главное, что есть на Земле» «Человек — это богатство, главное, что есть на Земле»

Алла Сигалова — о любви и коварстве, добре и зле, цинизме и совести

OK!
Как восстановиться после того, как тебе разбили сердце: 3 стратегии, которые помогут обрести себя и стать сильнее Как восстановиться после того, как тебе разбили сердце: 3 стратегии, которые помогут обрести себя и стать сильнее

Стратегии, которые помогут вам исцелиться и начать новую жизнь после разрыва

Psychologies
Надежда Ангарская: «Женщинам обязательно нужно устраивать девичники, никакой психолог потом не нужен» Надежда Ангарская: «Женщинам обязательно нужно устраивать девичники, никакой психолог потом не нужен»

Надежда Ангарская про свой опыт участия в шоу перевоплощений «Один в один»

Здоровье
АУК — это мы все АУК — это мы все

Аутентичная уральская кухня — проект, который изменил всю мою жизнь

Bones
Микрокосм Махова Микрокосм Махова

Как Александр Махов раскрывал тайны эмблематики — невидимые нити культуры

Знание – сила
Дар, а не «мочалка» Дар, а не «мочалка»

«Сначала с чем-то в себе борешься, а потом вдруг начинаешь любить»

Новый очаг
Форрест Гамп отдыхает Форрест Гамп отдыхает

Иногда я думаю: что будет с этим миром, когда я закончу бегать?

Men Today
Лиги настоящих джентльменов Лиги настоящих джентльменов

Зачем Азамату Мусагалиеву, Айдару Гараеву и Виктору Щеткову медиаспорт?

Men Today
Лев Дуров был по натуре дуэлянт. Рассказ друга Лев Дуров был по натуре дуэлянт. Рассказ друга

Я вызываю вас на дуэль. Оружие выбирайте сами

Коллекция. Караван историй
Конкурс страшных рассказов: «Чуткая», Марина Бутусова Конкурс страшных рассказов: «Чуткая», Марина Бутусова

Рассказ о загадочных ночных превращениях мужа и странностях семейной жизни

VOICE
Не только для уборки: 13 неожиданных способов использования бумажных полотенец Не только для уборки: 13 неожиданных способов использования бумажных полотенец

Бумажные полотенца годятся не только для того, чтобы протереть стол или руки

VOICE
Курс на весну Курс на весну

8 свежих идей для сезонного украшения дома

Добрые советы
Здоровье в наследство Здоровье в наследство

Генетический скрининг супругов поможет избежать риска родить больного ребенка

Ведомости
Природные успокоительные и витаминные бомбы: 7 фруктов, богатых магнием Природные успокоительные и витаминные бомбы: 7 фруктов, богатых магнием

Получить суточную дозу магния можно, просто добавив в свой рацион эти продукты!

ТехИнсайдер
Открыть в приложении