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

«Хаос. Создание новой науки» «Хаос. Создание новой науки»

Отрывок из книги Джеймса Глика «Хаос. Создание новой науки»

N+1
Украл спорткар и попал в полицию: факты о жизни Джейсона Стэтхэма Украл спорткар и попал в полицию: факты о жизни Джейсона Стэтхэма

Джейсон стал героем без страха и упрека, которого не хватало публике

Cosmopolitan
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Без призраков и монстров: 4 аттракциона, после которых ты не будешь прежней Без призраков и монстров: 4 аттракциона, после которых ты не будешь прежней

Самые страшные аттракционы, в которых принимают участие люди

Cosmopolitan
Скримеры, edutainment и секс в бункере: как делают квесты в России Скримеры, edutainment и секс в бункере: как делают квесты в России

Как «Клаустрофобия» погружает человека в другую реальность?

СНОБ
Прощай, наращивание! Как отрастить длинные ногти — 8 полезных советов Прощай, наращивание! Как отрастить длинные ногти — 8 полезных советов

Мечтаешь о длинных ногтях, как у Кайли Дженнер и Карди Би?

Cosmopolitan
8 невероятных материалов, из которых изготавливают одежду 8 невероятных материалов, из которых изготавливают одежду

Можно ли гладить утюгом паучий шелк, сядет ли шапка из шерсти мамонта

Maxim
Сникерхеды из Discord: любители кроссовок основали платные сообщества в геймерском мессенджере Сникерхеды из Discord: любители кроссовок основали платные сообщества в геймерском мессенджере

Рынок перепродажи кроссовок находит новые площадки и оценивается в $2 млрд

VC.RU
Больной человек Европы Больной человек Европы

История прокладки Багдадской железной дороги, приблизившей Первую мировую войну

Forbes
Сильные мира сего Сильные мира сего

Безопасный способ обретения нечеловеческой силы

GQ
Цифровой «шабат»: гид по выстраиванию здоровых отношений со смартфоном без абьюза, зависимости и газлайтинга Цифровой «шабат»: гид по выстраиванию здоровых отношений со смартфоном без абьюза, зависимости и газлайтинга

Отрывок из книги Кэтрин Прайс «Оторвись от телефона!»

Inc.
Навальные и Путин. Новое оружие в руках оппозиционера Навальные и Путин. Новое оружие в руках оппозиционера

В видеофильме явился живым и ироничным тот, кто был на грани жизни и смерти

СНОБ
«Пластические операции меняют меня к лучшему» «Пластические операции меняют меня к лучшему»

Как эксперты комментируют желание изменять себя хирургическими способами?

Psychologies
«Я хочу, чтобы они умерли» «Я хочу, чтобы они умерли»

Почему не стоит навязывать ребенку собственное отношение к миру

СНОБ
Морской биолог — о том, чему нас должно научить ЧП на Камчатке Морской биолог — о том, чему нас должно научить ЧП на Камчатке

Что такое красные приливы и причем здесь глобальное потепление?

РБК
«Как квакеры спасали Россию» «Как квакеры спасали Россию»

Работа квакерской миссии, заставшей революцию 1917 года в Бузулукском уезде

N+1
«Располагайтесь поудобнее»: как быстро вернуть себе уверенность «Располагайтесь поудобнее»: как быстро вернуть себе уверенность

Часто ли вы извиняетесь за то, что кого-то отвлекли, заняли чье-то время?

Psychologies
8 правил совместного проживания с женщиной 8 правил совместного проживания с женщиной

Остальные 957 правил ты услышишь от нее

Maxim
Рак молочной железы: что нужно знать, чтобы не бояться Рак молочной железы: что нужно знать, чтобы не бояться

Рак молочной железы – одно из самых распространенных онкологических заболеваний

Cosmopolitan
Главные подкастеры страны Главные подкастеры страны

Как студия «Либо/Либо» зарабатывают на подкастах

Inc.
8 древних мифов об уходе за волосами: в некоторые мы и сами верили! 8 древних мифов об уходе за волосами: в некоторые мы и сами верили!

Развенчиваем самые популярные мифы об уходе за волосами

Cosmopolitan
7 лучших игр-песочниц 7 лучших игр-песочниц

Когда сюжет — для слабаков

Maxim
В Москву! В Москву!

Респектабельный интерьер в стиле софт-минимализм

SALON-Interior
Минус 50 кг: как я похудела на дефиците калорий и домашних тренировках Минус 50 кг: как я похудела на дефиците калорий и домашних тренировках

Девушка нашла простой и легкий способ сбросить вес

Cosmopolitan
10 заповедей семейной жизни: проживете вместе долго и, возможно, даже счастливо 10 заповедей семейной жизни: проживете вместе долго и, возможно, даже счастливо

Сакральная десятка правил совместной жизни, которые нужно высечь в граните

Maxim
Как отменить платную подписку на айфоне или айпаде Как отменить платную подписку на айфоне или айпаде

Случайно оплатили подписку, а теперь не знаете, как её отменить?

CHIP
Как научиться готовить: 11 скиллов, которые нужно освоить в первую очередь Как научиться готовить: 11 скиллов, которые нужно освоить в первую очередь

Список навыков, необходимых для начинающих кулинаров

Playboy
Тимур Сорокин: «Всем кажется, что я бандит» Тимур Сорокин: «Всем кажется, что я бандит»

Блогер Тимур Сорокин рассказал о романах, заработках, хейтерах и лейбле

ЖАРА Magazine
«У сына 6 детей, а у меня ни одного внука»: письмо отчаявшейся бабушки «У сына 6 детей, а у меня ни одного внука»: письмо отчаявшейся бабушки

Психолог помогает героине разобраться в сложной семейной ситуации

Psychologies
Вопрос психологу: как бороться с информационными перегрузками? Вопрос психологу: как бороться с информационными перегрузками?

Как справиться с огромными объемами информации?

Esquire
Открыть в приложении