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

Двойные стандарты Двойные стандарты

Стоимость антиматерии падает

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
Рисующие роботы Пиндара ван Армана Рисующие роботы Пиндара ван Армана

Может ли робот стать художником

Популярная механика
Мудрая пудра Мудрая пудра

Дом, в котором много натуральных материалов, мягких тканей и пастельных оттенков

AD
Имею скафандр, готов путешествовать Имею скафандр, готов путешествовать

Скафандров для других планет у человечества нет даже в перспективе

Популярная механика
«Я три года пил каждый день». Лучшие цитаты Шнура об алкоголе, женщинах и пузе «Я три года пил каждый день». Лучшие цитаты Шнура об алкоголе, женщинах и пузе

В честь 45-го дня рождения Сергея Шнурова вспоминаем его лучшие высказывания

Maxim
Осколочно-фугасный ливень Осколочно-фугасный ливень

Осколочно-фугасный ливень. Рой ударных БПЛА с авиабомбами Hatchet

Популярная механика
Газовая атака: смогут ли американские производители вытеснить российский газ Газовая атака: смогут ли американские производители вытеснить российский газ

«Газпрому» придется делать уступки для европейских покупателей газа

Forbes
Проект Guido Проект Guido

Ничего подобного в России прежде не строили

Популярная механика
Роли в семье: как найти свою Роли в семье: как найти свою

Можно ли понять, какая роль в семье подходит человеку и как ее поменять?

9 месяцев
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Театральный продюсер Леонид Роберман: Моя миссия — создавать праздник Театральный продюсер Леонид Роберман: Моя миссия — создавать праздник

Чем радость лучше веселья и почему Россия уже не центр театрального мира

СНОБ
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Удачи на даче! Удачи на даче!

Как подготовиться к очередному дачному сезону?

Добрые советы
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
Гравитационная могила: почему обитатели иных миров не могут улететь в космос Гравитационная могила: почему обитатели иных миров не могут улететь в космос

Астрономы уделяют пристальное внимание супер-Землям

Популярная механика
Чистый тяжелый металл Чистый тяжелый металл

Как производят слитки драгоценных металлов

Популярная механика
Lada XRay: свое, родное Lada XRay: свое, родное

Lada XRay поселилась в редакционном парке на излете зимы

АвтоМир
Нервные клетки не восстанавливаются? Нервные клетки не восстанавливаются?

Может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных

Популярная механика
7 человек, которых убили роботы 7 человек, которых убили роботы

7 несчастных случаев с участием роботов, которые привели к гибели людей

Популярная механика
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
Девичьи грезы: 22 богатейших холостяка в рейтинге Forbes Девичьи грезы: 22 богатейших холостяка в рейтинге Forbes

Кто из списка самых богатых бизнесменов России не связан узами брака

Forbes
Ракетный маневр Ракетный маневр

С S7 Space связывают надежды на развитие отечественной частной космонавтики

Популярная механика
Уволить Цукерберга: как Facebook выжить между политикой и экономикой Уволить Цукерберга: как Facebook выжить между политикой и экономикой

Политики стремятся вернуть контроль над инструментами массового воздействия

Forbes
Новая бронетанковая доктрина Новая бронетанковая доктрина

О зарождении новой бронетанковой доктрины

Популярная механика
Звезды нас ждут: как супертелескоп Джеймса Уэбба будет искать жизнь во Вселенной Звезды нас ждут: как супертелескоп Джеймса Уэбба будет искать жизнь во Вселенной

В скором времени у NASA появится целое семейство космических телескопов

Forbes
Мир Дикого Востока Мир Дикого Востока

Как в Китае рождается медицина будущего

Популярная механика
Есть ли эмоции у собак и кошек? Есть ли эмоции у собак и кошек?

Так трудно отказать нашим братьям меньшим в наличии если не разума, то сознания

Популярная механика
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

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
Открыть в приложении