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

Черная быль. Что именно произошло на Чернобыльской АЭС и чем все кончилось Черная быль. Что именно произошло на Чернобыльской АЭС и чем все кончилось

С момента катастрофы на Чернобыльской АЭС прошло уже много лет

Maxim
Facebook AI научила машинный перевод обходиться без английского Facebook AI научила машинный перевод обходиться без английского

Для обучения алгоритма было собрано 7,5 миллиарда предложений на 100 языках

N+1
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
В защиту маленьких В защиту маленьких

Правда ли, что от высокого роста одни плюсы?

N+1
Смотри в оба! Смотри в оба!

Как удобно и cтильно расположить телевизор в квартире

Лиза
Анна Березовская. Мои цветные птицы Анна Березовская. Мои цветные птицы

Для меня живопись - не работа в привычном смысле этого слова

Караван историй
Это наша история Это наша история

Некоторые люди несут в себе память о травмах своих предков

Psychologies
Черные дыры могут действительно быть «кротовыми норами» Черные дыры могут действительно быть «кротовыми норами»

Согласно заявлению ученых, червоточины должны иметь особый спектр излучения

Популярная механика
Свиное сердце: как вы относитесь к медицинским химерам? Свиное сердце: как вы относитесь к медицинским химерам?

Разбираемся в этических вопросах создания химеры

N+1
Правила жизни Никиты Михалкова Правила жизни Никиты Михалкова

Правила жизни режиссера и «бесогона» Никиты Михалкова

Esquire
«Время живых машин. Биологическая революция в технологиях» «Время живых машин. Биологическая революция в технологиях»

Отрывок из книги Сьюзан Хокфилд о том, как биология и инженерия изменят мир

N+1
На светлой стороне На светлой стороне

Какими лампами и светильниками оборудовать рабочее место, чтобы сберечь зрение

Лиза
Правила жизни Кэрри Фишер Правила жизни Кэрри Фишер

Правила жизни актрисы Кэрри Фишер

Esquire
Водный ресурс Водный ресурс

Краткий гид по Кавказским Минеральным Водам

Лиза
Как стать писателем: отрывок из «Рассказов о диковинках» Фигля-Мигля об авторском опыте Как стать писателем: отрывок из «Рассказов о диковинках» Фигля-Мигля об авторском опыте

Отрывок из сборника текстов Фигля-Мигля о писательстве, сюжете и письмах

Esquire
Платон в штаб-квартире Google Платон в штаб-квартире Google

Почему философия все еще остается с нами

kiozk originals
Адам Яндиев: «Уйду из спорта в политику!» Адам Яндиев: «Уйду из спорта в политику!»

Интервью с Адамом Яндиевым, российским бойцом смешанных единоборств

ЖАРА Magazine
Размеры женской обуви: как правильно выбрать в магазине и при заказе онлайн Размеры женской обуви: как правильно выбрать в магазине и при заказе онлайн

Размер – один из важнейших, если не самый важный параметр при выборе обуви

Cosmopolitan
Настя Паутова Настя Паутова

Студентка Льва Эренбурга придумывает мемы про Бродского и Тарковского

Собака.ru
Миссия выполнима: как навести порядок в доме раз и навсегда Миссия выполнима: как навести порядок в доме раз и навсегда

Даже самый стильный интерьер теряет своё очарование, если в доме беспорядок

Cosmopolitan
В силу привычки В силу привычки

Для тех, кто давно вместе: вернуть яркие чувства и укрепить отношения

Добрые советы
Вне зависимости Вне зависимости

Что такое зависимость от безрецептурных лекарств и как избежать ее появления

Добрые советы
Прилипалы выбрали для прилипания к китам области около дыхала и плавников Прилипалы выбрали для прилипания к китам области около дыхала и плавников

Минимальное сопротивление жидкости оказалось около дыхала и плавников

N+1
Эксперты рассказали, как стать счастливым с точки зрения науки Эксперты рассказали, как стать счастливым с точки зрения науки

Ученые разгадали секрет счастья

Популярная механика
Жерар Салама: «50 лет – возраст, когда женщина должна быть полна энергией» Жерар Салама: «50 лет – возраст, когда женщина должна быть полна энергией»

Французский гинеколог отвечает на самые актуальные вопросы о женском здоровье

Здоровье
Темную материю ограничили с помощью оптических часов Темную материю ограничили с помощью оптических часов

Физики не обнаружили колебаний постоянной тонкой структуры и массы электрона

N+1
Магнитное поле усилило эффект Томсона на 90 процентов Магнитное поле усилило эффект Томсона на 90 процентов

Это первое проявление нелинейного магнитотермоэлектрического эффекта

N+1
Семь экранизаций, финал которых отличается от книги Семь экранизаций, финал которых отличается от книги

Как изменить финал экранизации так, чтобы получить за это кинопремию

Maxim
8 правил совместного проживания с женщиной 8 правил совместного проживания с женщиной

Остальные 957 правил ты услышишь от нее

Maxim
«Наступило время «еаптек»: владелец «Р-Фарм» Алексей Репик о сделке со «Сбером», маркировке лекарств и будущем интернет-аптек «Наступило время «еаптек»: владелец «Р-Фарм» Алексей Репик о сделке со «Сбером», маркировке лекарств и будущем интернет-аптек

Зачем Алексей Репик вместе со «Сбером» купил крупнейшую интернет-аптеку России

Forbes
Открыть в приложении