Квантовые компьютеры: чем они отличаются об обычных и какие задачи выполняют?

Наука и жизньНаука

На пороге квантового превосходства

Леонид Федичкин, ведущий научный сотрудник Физико-технологического института им. К. А. Валиева РАН (ФТИАН), доцент кафедры теоретической физики им. Л. Д. Ландау МФТИ. Беседу ведёт Наталия Лескова

Леонид Евгеньевич, в 2001 году в «Науке и жизни», в первом номере третьего тысячелетия была опубликована ваша статья «Квантовые компьютеры», в которой вы рассказывали о принципах работы этих вычислительных устройств и о том, какие перспективы открывает их использование. Оправдались ли ваши ожидания?

— Развитие квантовых вычислений происходит именно в том направлении, которое ожидалось, но примерно раза в два-три медленнее, чем могло бы. Прогресс в области «железа» (hardware) — элементной базы квантовых компьютеров оказался не таким быстрым, как прогнозировалось, однако это отчасти компенсировано ускоренным развитием в области программного обеспечения (software). Существующие квантовые компьютеры имеют память небольшого размера, подвержены шумам, недостаточно точно исполняют команды и способны выполнить только малое число элементарных шагов в одном цикле вычислений. Но благодаря новым идеям, новым подходам, новым принципам написания программ удаётся на программном уровне уравновесить недостатки физической основы квантовых компьютеров. Разработчики квантовых алгоритмов проявляют всю свою изобретательность, чтобы использовать то, что есть сейчас.

— Чем квантовые алгоритмы отличаются от обычных?

— Чтобы это уяснить, надо понять, чем квантовый компьютер отличается от обычного компьютера классической архитектуры. Полезно рассмотреть его функционирование с разных точек зрения.

С одной стороны, можно считать, что квантовый компьютер — это расширенная версия уже привычного нам обычного компьютера. Если необходимо, он может вести себя как обычный, но при этом у него есть дополнительные возможности: запись не только классических чисел, но и сцепленных состояний в квантовую память и расширенный набор команд, к которому тоже можно прибегать, чтобы сэкономить шаги и ускорить вычисления.

С другой стороны, важно понимать, что квантовый компьютер, чтобы продемонстрировать вычислительное преимущество, должен, по крайней мере иногда, оказываться способным обрабатывать информацию в состоянии квантового параллелизма, когда его квантовая память будет в одно и то же время представлять суперпозицию большого количества совершенно различных битовых последовательностей.

Кроме того, квантовый компьютер можно рассматривать как своего рода чёрный ящик со множеством доступных нам цифровых входов, выходов и рычагов управления. При этом ящик не совсем чёрный: описать, как по отдельности связаны между собой любые его узлы, возможно, но на то, чтобы описать его работу во всей совокупности, не хватит вычислительных возможностей никаких существующих суперкомпьютеров. Однако можно надеяться приспособить его для решения практически полезных задач.

— Какие это задачи?

— Квантовый компьютер себя хорошо показывает, когда для поиска наилучшего решения требуется перебрать много дискретных вариантов. Он на порядки сокращает перебор возникающих комбинаций, значительно ускоряет процесс. Задач только такого плана уже довольно много. Например, задачи в логистике, когда нужно осуществить ряд шагов и на каждом шаге — выбрать одну из нескольких возможностей. Получается, что число комбинаций довольно быстро выходит из-под контроля. Представьте: 100 шагов и на каждом шаге — 100 возможностей. Такие задачи есть в бизнесе, в экономике, там нужно принимать много решений и последовательно получать выгоду. В повседневной жизни оптимально распланировать свой день или уложить рюкзак — тоже сложные задачи, если задуматься об этом серьёзно.

Леонид Евгеньевич Федичкин

— Вы считаете, что со временем квантовые компьютеры станут частью жизни каждого из нас?

— Да, это обязательно произойдёт. Хотя трудно с полной определённостью предсказывать будущее, я бы для примерного прогноза провёл аналогию с обычными компьютерами. Сейчас квантовые компьютеры соответствуют классическим начала — середины 1940-х годов. Они тогда были слишком громоздкие и ещё мало что могли. Прошло сорок лет, и миллионам пользователей стали доступны домашние персональные компьютеры. Думаю, за 40 лет это произойдёт и с квантовыми компьютерами.

— При подготовке к интервью я ввела в поиск «квантовый компьютер», и тут же выскочило предложение его купить. Сначала я подумала, что это случайность, но оказалось действительно предлагают купить китайские квантовые компьютеры! На «Авито» они продаются по цене от 8,5 тысячи долларов. Это настоящие квантовые компьютеры или что-то совсем другое?

— Исходя из того, что я прочёл об этих устройствах (оговорюсь, что сам я их не покупал и не тестировал), это игрушечные модели квантовых компьютеров. Они настоящие, но маленькие, и в области применения похожи на развивающие игрушки для детей, когда надо что-то собрать, какой-нибудь полезный механизм из деталей конструктора. Всё будет работать, всё честно. Но до полноценного квантового компьютера там далеко. Они содержат всего несколько квантовых битов. Такие компьютеры реально существуют, их уже много в мире. Некоторые компании предлагают к ним «облачный» доступ, можно по обычному интернету соединиться с квантовым компьютером, реально запустить на нём программу и получить результат.

Классические компьютеры тоже так использовали — в США в 1970-е годы можно было, включив телефон в тональном режиме, позвонить на большой компьютер, передать код программы для исполнения, он запускался, а затем результат вычислений передавался обратно в том же режиме. На таком уровне уже есть квантовые наработки, но это только начало.

Слабость квантовых устройств — малое число битов, и поэтому их применение не оправдано экономически. Проще на обычном компьютере смоделировать процесс работы такого же квантового, получится быстрее и дешевле. Но если вы хотите квантовый процесс «пощупать руками», то вполне можно попробовать купить.

— Для кого-то это может быть во-просом престижа, как в советские годы иметь хорошую книгу или автомобиль «Волга». «А у меня есть квантовый компьютер!»

— Возможно. Хотя для компьютера из всего нескольких кубитов это слишком лестное сравнение. Автомобиль или хорошая книга представляют бóльшую ценность.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Ненужная, но вездесущая ртуть Ненужная, но вездесущая ртуть

Употреблять щуку в пищу, оказывается, может быть небезопасно

Наука и жизнь

Почему Томас Андерс и Дитер Болен сцепились не на жизнь, а на смерть?

VOICE
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Prostor выходит на просторы Prostor выходит на просторы

Лидеры молодой верфи Prostor — об идеях, планах и новой лодке

Y Magazine
Квантовые компьютеры Квантовые компьютеры

Квантовые компьютеры: как они появились и как устроены сейчас

Наука и жизнь
Содержание формы: как устроены отношения экипировщиков с клубами и сборными Содержание формы: как устроены отношения экипировщиков с клубами и сборными

Как устроен бизнес экипировщиков и кто больше всех зарабатывает на футболках?

Forbes
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Персона Персона

Андрей Кошкин о том, как хранить традиции, оставаясь в авангарде

Robb Report
Ионосфера: между космосом и землёй Ионосфера: между космосом и землёй

Как ионосфера взаимодействует с другими геосферными оболочками?

Наука и жизнь
Александр Светаков — Forbes: как тратить деньги и почему не стоит оставлять их детям Александр Светаков — Forbes: как тратить деньги и почему не стоит оставлять их детям

Александр Светаков рассказал о своем видении актуальных проблем филантропии

Forbes
Бизнесменская зорька Бизнесменская зорька

Вероника Романова – ведущая утренней программы «Стартап» на канале «РБК»

Maxim
Дикий-дикий Запад: какие сериалы посмотреть, если тебе нравится Дикий-дикий Запад: какие сериалы посмотреть, если тебе нравится

Сериалы, которые зацепят поклонников вестернов

VOICE
Инфляция растет: как защитить свои деньги Инфляция растет: как защитить свои деньги

Как инвесторам защитить свои сбережения, когда инфляция разгоняется?

Forbes
Роль цикличности в истории Роль цикличности в истории

Как обвинитель по делу Бейлиса стал обвиняемым

Weekend
Первые успехи и неудачи: как ситуации из детства влияют на самооценку — наглядный пример Первые успехи и неудачи: как ситуации из детства влияют на самооценку — наглядный пример

Как научиться чаще замечать собственные успехи?

Psychologies
Ученые добились непорочного зачатия и девственного рождения у животных, которые размножаются половым путем Ученые добились непорочного зачатия и девственного рождения у животных, которые размножаются половым путем

Исследователи впервые индуцировали девственное рождение у плодовых мушек

ТехИнсайдер
Икона скама: что происходит в бренде ÖMANKÖ и почему его покинул Артем Ермилов Икона скама: что происходит в бренде ÖMANKÖ и почему его покинул Артем Ермилов

Разбираемся, что происходит с популярным сообществом ÖMANKÖ

Правила жизни
Что делать, если потерял ключи: инструкция Что делать, если потерял ключи: инструкция

Как восстановить ключи, что делать с сигнализацией во время вскрытия автомобиля

РБК
Как улучшить работу мозга в старости? Простое решение — волонтерство! Как улучшить работу мозга в старости? Простое решение — волонтерство!

Как волонтерство помогает поддерживать когнитивные способности на пенсии

ТехИнсайдер
В Индийском океане существует гигантская гравитационная дыра, и мы наконец-то можем узнать ее причину В Индийском океане существует гигантская гравитационная дыра, и мы наконец-то можем узнать ее причину

К образованию этой аномалии привели шлейфы раскаленной магмы

ТехИнсайдер
«Красивый, плохой, злой»: почему женщины влюбляются в маньяков — 2 фильма о психологии поклонниц «Красивый, плохой, злой»: почему женщины влюбляются в маньяков — 2 фильма о психологии поклонниц

Вспоминаем две такие картины о самых жестоких убийцах XX века

Psychologies
На пьяном корабле. Кто такой Артюр Рембо На пьяном корабле. Кто такой Артюр Рембо

Как жил и писал Артюр Рембо

СНОБ
Палеогенетики прочитали ДНК 71 жертвы массовой расправы семитысячелетней давности Палеогенетики прочитали ДНК 71 жертвы массовой расправы семитысячелетней давности

Ученые прочитали ДНК 268 древних людей, проживавших в Европе в эпоху неолита

N+1
Психолог из Гарварда назвала 9 токсичных фраз, которые используют газлайтеры Психолог из Гарварда назвала 9 токсичных фраз, которые используют газлайтеры

Несколько манипулятивных фраз, которые часто используют газлайтеры

Inc.
Орангутаны-мигранты позаимствовали пищевые привычки у местных Орангутаны-мигранты позаимствовали пищевые привычки у местных

У кого именно и как долго орангутаны-мигранты учатся есть новую для них пищу

N+1
Как психологи определяют стоимость консультаций: 3 вопроса экспертам Как психологи определяют стоимость консультаций: 3 вопроса экспертам

«А почему цена за сессию именно такая?» Разбираемся в стоимости психотерапии

Psychologies
Большинство ментальных расстройств проявились в юношеском возрасте Большинство ментальных расстройств проявились в юношеском возрасте

К 75 годам ментальные расстройства могут проявиться у половины населения

N+1
Почему у людей не бывает от природы голубых или зеленых волос? Почему у людей не бывает от природы голубых или зеленых волос?

От чего зависит цвет нашего волоса?

ТехИнсайдер
Тоннельное мышление: почему мы искажаем реальность и как вернуть себе адекватность Тоннельное мышление: почему мы искажаем реальность и как вернуть себе адекватность

Сталкивались ли вы с людьми, которые убеждены, что только их картина мира верна?

Psychologies
Деменция в семье: как справиться с переменами — 5 правил Деменция в семье: как справиться с переменами — 5 правил

Как выдержать испытание деменцией, где найти силы, чтобы жить дальше?

Psychologies
Открыть в приложении