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

Летающий фрегат Летающий фрегат

Российский проект транспортного беспилотника с вертикальными взлетом и посадкой

Популярная механика
Цифровой взрыв: у кого больше шансов выжить в новой бизнес-среде Цифровой взрыв: у кого больше шансов выжить в новой бизнес-среде

В эпоху диджитализации мужчины и женщины оказались на равных позициях

Forbes
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Самые запоминающиеся образы с фестиваля Coachella Самые запоминающиеся образы с фестиваля Coachella

Главные тренды – круглые очки, обнаженный торс и гавайские рубашки

GQ
Нашествие Нашествие

Кролики-убийцы и другие животные-захватчики

Популярная механика
Здоровье — это big data Здоровье — это big data

Почему менеджеры должны приобщать сотрудников к здоровому образу жизни

СНОБ
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
7 способов провести досуг с пользой для мозга 7 способов провести досуг с пользой для мозга

Вы тренируете свой мозг во время этих занятий

Популярная механика
Двойные стандарты Двойные стандарты

Стоимость антиматерии падает

Популярная механика
9 признаков скрытой депрессии у внешне успешных людей 9 признаков скрытой депрессии у внешне успешных людей

Как определить, что с человеком что-то не так?

Psychologies
Прививка или смерть Прививка или смерть

Создание эффективной вакцины против ВИЧ заняло почти 40 лет

Популярная механика
«Синдром предков»: когда прошлое семьи вредит вашему настоящему «Синдром предков»: когда прошлое семьи вредит вашему настоящему

Синдроме предков — влияние на жизнь бессознательных семейных сценариев

Psychologies
Кошка на пути домой Кошка на пути домой

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

Популярная механика
Последнее кадастровое предупреждение. Что не так с налогом на имущество в России Последнее кадастровое предупреждение. Что не так с налогом на имущество в России

Проблемы с кадастровой оценкой недвижимости в России привели к росту недовольных

Forbes
Картонная инженерия Даниеля Агдага Картонная инженерия Даниеля Агдага

Австралийский художник Даниель Агдаг делает скульптуры из картона

Популярная механика
Конфликт поколений: чем блокировка Telegram напоминает крестовый поход детей Конфликт поколений: чем блокировка Telegram напоминает крестовый поход детей

История с ограничением доступа напоминает непонимание поколениями друг друга

Forbes
Нервные клетки не восстанавливаются? Нервные клетки не восстанавливаются?

Может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных

Популярная механика
Готовим дома: как развивать рынок продуктового онлайн-ретейла Готовим дома: как развивать рынок продуктового онлайн-ретейла

Почему продукты до сих пор так плохо продавались в интернете и что изменится

Forbes
Любой каприз Любой каприз

Компьютерный дизайн материалов

Популярная механика
10 вещей, за которые женщина не должна извиняться. Никогда 10 вещей, за которые женщина не должна извиняться. Никогда

Всегда найдется тот, кто посчитает себя вправе осудить нас

Psychologies
Дом во льдах Дом во льдах

История дрейфующих станций «Северный полюс» – это летопись подвига во имя науки

Популярная механика
Как потушить огонь... молнией Как потушить огонь... молнией

Почему бы не призвать на помощь инструменты Зевса?

Популярная механика
Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника

Машины для работы в самых экстремальных условиях

Популярная механика
Суперспособности Суперспособности

Представители народа баджо могут задерживать дыхание на невероятные пять минут

Популярная механика
Мир Дикого Востока Мир Дикого Востока

Как в Китае рождается медицина будущего

Популярная механика
Не люблю бумажную возню Не люблю бумажную возню

Обыденные дела приводят некоторых почти в отчаяние. Почему?

Psychologies
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Сто лет со дня первого танкового сражения: как это было Сто лет со дня первого танкового сражения: как это было

Как сто лет назад британские и немецкие танки впервые сошлись в бою

Популярная механика
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
Создавая Hearthstone Создавая Hearthstone

Интервью с продюсером культовой ККИ

Игромания
Открыть в приложении