Ученые рассказывают, для чего нужны квантовые компьютеры и как они их создают

Популярная механикаHi-Tech

Квантовые компьютеры: смогут ли их создать и как они будут устроены

Александр Грек

Современная цифровая цивилизация напрямую зависит от компьютеров, которые становятся все мощнее, меньше и дешевле. Сегодня средний размер транзистора, базового элемента компьютеров, составляет 14 нм – примерно в восемь раз меньше диаметра ВИЧ. Прогресс не стоит на месте: ученые приблизились к физическому пределу технологии – созданию транзистора размером с атом, центральный компонент которого размером всего 1,5 нм. Но при таких размерах уже начинают работать квантовые эффекты: электроны могут перескакивать по другую сторону закрытого затвора с помощью квантового туннелирования. Ученые хотят обратить это свойство в свою пользу, разработав квантовые компьютеры.

В традиционных компьютерах единицей информации является бит, а в квантовых – кубит. Бит находится только в одном из состояний: либо ноль, либо единица. Кубит с некоторой вероятностью может быть в обоих этих состояниях. Что в квантовой механике и называется суперпозицией.

Из битов в состояниях 1 и 0 можно составить только четыре пары (00, 01,10 и 11). А вот количество состояний для кубитов составляет 2 в степени n. Для четырех кубитов это 2 в четвертой степени, то есть 16. А для 10 – уже 1024. И это число растет экспоненциально с каждым новым кубитом. 20 кубитов могут хранить уже больше миллиона значений одновременно. А на число комбинаций всех возможных состояний квантового компьютера из 300 кубитов уже не хватит атомов во Вселенной. Еще одно странное свойство кубитов – запутанность, когда каждый кубит мгновенно реагирует на изменение состояния другого кубита. Измерив один кубит, мы можем узнать состояние другого кубита, запутанного с ним.

Обычный компьютер выполняет алгоритм только для одного набора данных. Квантовый логический элемент может обработать несколько входных значений. Задача исследователей – управлять кубитами так, чтобы каждый выполнял свое собственное задание. Тогда вычисления будут проводиться параллельно. Благодаря увеличению количества состояний квантовый компьютер сможет получать результат быстрее, чем обычный, – это квантовое превосходство.

Предполагается, что квантовые компьютеры будут использоваться для решения сложных задач корреляции – например, нахождения элементов в базах данных, шифровки и дешифровки данных. Еще одно важное применение – моделирование молекул. Квантовые компьютеры могут значительно ускорить перебор параметров и поиск нужных корреляций, что позволяет получить заданные свойства. Ученые и бизнесмены надеются на революцию в медицине, органической химии и материаловедении. На качественно новый уровень выйдут возможности систем искусственного интеллекта.

a6593c7e3216f7023cb2c590862c9a39.jpg

Правда, пока проблема заключается в том, что вы получаете результат с вероятностью, которая может быть меньше 100%. Так что в некоторых областях квантовые компьютеры не могут заменить классические. Ученым только предстоит решить проблемы считывания и интерпретации полученных результатов и коррекции ошибок.

Если все заработает, мы будем жить в эпохе совсем иных технологических возможностей. Важность создания квантовых компьютеров для государства сравнима с важностью атомных технологий в XX веке – по влиянию на экономику и обороноспособность, и все ведущие державы вступили в квантовую гонку. И по сложности фундаментальных задач, и по объему новых технологий, которые предстоит освоить, все это напоминает знаменитый «атомный проект». Государство привлекает лучших ученых страны, однако специалисты говорят о необычайно сложной административной задаче управления и синхронизации разных групп ученых и целых отраслей промышленности. Неслучайно во главе проекта «Квантовые вычисления» была поставлена госкорпорация «Росатом». За четыре года требуется совершить невероятное – создать к 2024 году отечественный 100-кубитный квантовый компьютер. «Популярная механика» пообщалась с участниками проекта и заразилась от них оптимизмом.

Хитрая технология

Квантовые вычисления не универсальны, они не способны заменить традиционные компьютеры. «Информация обрабатывается хитро, мы пользуемся всем большим пространством состояний, чтобы ее переваривать, но наши возможности считать ее оттуда невелики. Потому что при измерении у вас происходит коллапс до двоичного кода, – говорит старший научный сотрудник Центра квантовых технологий МГУ, руководитель сектора квантовых вычислений Станислав Страупе. – Поэтому квантовые алгоритмы – наука о том, как извлечь из этого многомерного пространства полезную информацию за небольшое количество измерений».

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

9 фактов о Византийской империи, которые вы наверняка не знали 9 фактов о Византийской империи, которые вы наверняка не знали

О наследии великой Византии

Популярная механика
«Моя Шарлотта – это катастрофа»: принц Уильям рассказал о детях от Кейт Миддлтон «Моя Шарлотта – это катастрофа»: принц Уильям рассказал о детях от Кейт Миддлтон

Принц Уильям рассказал о своей семье, отношении к природе и экологии

Cosmopolitan
11 способов удивить девушку в постели, которые ей понравятся 11 способов удивить девушку в постели, которые ей понравятся

Лучшие идеи, как доставить удовольствие партнерше во время занятий любовью

Playboy
Мошенники на проводе Мошенники на проводе

Как распознать телефонных мошенников и уберечь себя от обмана

Лиза
С зубром лицом к лицу С зубром лицом к лицу

Единственный из видов диких быков Европы, уцелевший до наших дней

Наука и жизнь
Как использовать городское пространство на благо ребенка Как использовать городское пространство на благо ребенка

Как организовать пространство для ребенка, чтобы сделать развитие гармоничным

СНОБ
10 животных, способных на чудовищную жестокость 10 животных, способных на чудовищную жестокость

Некоторым животным свойственно проявлять жестокость по отношению к себе подобным

Популярная механика
Пакет не нужен! Краткая история того, как в наших домах появились пакеты с пакетами Пакет не нужен! Краткая история того, как в наших домах появились пакеты с пакетами

История пакетов: от бумажных до пластиковых

Maxim
Истории самых знаменитых заставок киностудий Истории самых знаменитых заставок киностудий

Откуда брались все эти горы, львы да серпы с молотами

Maxim
Немного прозрачности не повредит: зачем компании раскрывают количество запросов от властей Немного прозрачности не повредит: зачем компании раскрывают количество запросов от властей

Почему другим российским интернет-компаниям надо брать пример с «Яндекса»

Forbes
Зачем Иван И. Твердовский снял фильм о теракте на Дубровке Зачем Иван И. Твердовский снял фильм о теракте на Дубровке

Иван И. Твердовский: почему нам действительно нужен фильм «Конференция»

GQ
Сделано в Америке Сделано в Америке

Как я создал Walmart

kiozk originals
Пора освободить твой разум Пора освободить твой разум

Отчет о промежуточных итогах жизни и карьеры Тины Канделаки

Tatler
6 повседневных предметов, которые очень пригодятся во время апокалипсиса 6 повседневных предметов, которые очень пригодятся во время апокалипсиса

Думал, во время апокалипсиса тебе понадобятся только гречка, бронежилет?

Maxim
Снова в деле: как оборки вернулись и утвердились в мужской моде Снова в деле: как оборки вернулись и утвердились в мужской моде

Оборки на протяжении многих веков были обязательным элементом мужского костюма

Esquire
Светлана Чупшева: «Создателем трендов может быть любой человек» Светлана Чупшева: «Создателем трендов может быть любой человек»

Светлана Чупшева возглавляет Агентство стратегических инициатив с 2017 года

РБК
Правила жизни Чулпан Хаматовой Правила жизни Чулпан Хаматовой

Актриса, Москва, 45 лет

Esquire
Периоды детского развития: от 3 до 7 лет Периоды детского развития: от 3 до 7 лет

Какие проблемы ждут родителей детей в возрасте от 3 до 7 лет

Psychologies
Молодые художники размышляют о природе и Камчатке. Проект «РБК Стиль» Молодые художники размышляют о природе и Камчатке. Проект «РБК Стиль»

Трагедия на Камчатке в творчестве современных молодых художников

РБК
12 неожиданных деталей, которые все пропустили в «Крепком орешке» 12 неожиданных деталей, которые все пропустили в «Крепком орешке»

Может ли Брюс Уиллис стать еще круче? Как оказалось, да!

Maxim
История одной песни: «Runaway Train» Soul Asylum, 1992 История одной песни: «Runaway Train» Soul Asylum, 1992

Песня, при помощи которой люди находили пропавших детей

Maxim
“Заткнул ребёнку рот носком”: кто такие “яжеотцы”? “Заткнул ребёнку рот носком”: кто такие “яжеотцы”?

Наша колумнистка Екатерина Попова рассказывает, из чего сделаны “яжеотцы”

Cosmopolitan
Видеоредакторы для Андроид: 7 лучших программ в 2020 году Видеоредакторы для Андроид: 7 лучших программ в 2020 году

Топ лучших приложений, которые помогут быстро отредактировать видео на смартфоне

CHIP
5 теорий о том, что происходит внутри черной дыры 5 теорий о том, что происходит внутри черной дыры

Спагеттификация, информационный парадокс, параллельные вселенные и другие версии

Maxim
Как восстановить волосы после осветления и окрашивания в домашних условиях Как восстановить волосы после осветления и окрашивания в домашних условиях

Советы и рецепты для тех, кто хочет привести волосы в порядок, не посещая салон

Cosmopolitan
10 безумных попыток человечества управлять погодой 10 безумных попыток человечества управлять погодой

Метеорологи давно поняли, что природа непостижима и непредсказуема…

Maxim
Как советский пилот поспорил, что посадит самолет вслепую, и убил 69 человек Как советский пилот поспорил, что посадит самолет вслепую, и убил 69 человек

Страшная трагедия, произошедшая в аэропорту Куйбышева в 1986 году

Maxim
Химики определили состав чернил на древнеегипетских папирусах Химики определили состав чернил на древнеегипетских папирусах

Ученые разобрались в составе черных и красных чернил в древних папирусах

N+1
Стержни, спринклер, контейнмент: как устроена система безопасности АЭС Стержни, спринклер, контейнмент: как устроена система безопасности АЭС

Развиваем мифы о вреде атомной энергетики

Популярная механика
Простые карточные фокусы: 9 трюков для начинающих волшебников Простые карточные фокусы: 9 трюков для начинающих волшебников

Подборка самых легких для освоения карточных трюков

Playboy
Открыть в приложении