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
Домашние хлопоты: почему материнство способствует успеху в бизнесе Домашние хлопоты: почему материнство способствует успеху в бизнесе

Если вы вышли в декрет, это не повод бросить все и уйти с головой в семейный быт

Forbes
Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
Особый взгляд Вадима Верника: Такая, какая есть Особый взгляд Вадима Верника: Такая, какая есть

Ирина Горбачёва стала звездой благодаря Instagram

OK!
Осколочно-фугасный ливень Осколочно-фугасный ливень

Осколочно-фугасный ливень. Рой ударных БПЛА с авиабомбами Hatchet

Популярная механика
Стальное упорство: как Владимир Лисин преодолел путь к вершине списка Forbes Стальное упорство: как Владимир Лисин преодолел путь к вершине списка Forbes

Владимир Лисин упрямо и решительно берется за любое дело

Forbes
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
Расстановка приоритетов Расстановка приоритетов

Peugeot 5008 и Renault Koleos

АвтоМир
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

МКС может завершить работу через шесть лет. Что будет дальше?

Популярная механика
О секундах свысока О секундах свысока

Что мы вообще знаем о времени и как его воспринимаем

Добрые советы
Пока не было света Пока не было света

Предыстория солнца и солнечной системы

Популярная механика
Два экспортера. Чему российская газовая отрасль может поучиться у Канады Два экспортера. Чему российская газовая отрасль может поучиться у Канады

Канада готовится стать крупным игроком на рынке сжиженного природного газа

Forbes
Дело жизни Казуаки Харады Дело жизни Казуаки Харады

Японский художник Казуаки Хараде нашел свое дело почти случайно

Популярная механика
Чем женский мозг отличается от мужского? Чем женский мозг отличается от мужского?

Психолог Адриана Имж предлагает решить гендерный вопрос с научной точки зрения

СНОБ
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
Май в Таиланде Май в Таиланде

Таиланд прекрасен в любое время года

Домашний Очаг
Конец всему Конец всему

Несколько вариантов сценария будущего для Вселенной

Популярная механика
Поверить в сказку Поверить в сказку

На канале «Россия 1» стартовал сезон конкурса юных талантов «Синяя птица»

OK!
Механик в аду Механик в аду

Зонд AREE – никакой электроники, только старая школа и верная механика

Популярная механика
Весне дорогу Весне дорогу

Поучительные истории о силе сжатия, лихом перевороте и тихой Хихоне

СНОБ
Ускоритель на орбите Ускоритель на орбите

Кто первым выкопал томагавк пучкового оружия, точно не известно

Популярная механика
Дарья Яушева: Строго для родителей Дарья Яушева: Строго для родителей

Что нужно обязательно знать родителям детей с диагнозом «аутизм»

СНОБ
Рисунки на полях Рисунки на полях

На финале лиги чемпионов УЕФА-2018 засветился робот, рисующий разметку

Популярная механика
Какое будущее ждет Голливуд и почему победа останется за Netflix Какое будущее ждет Голливуд и почему победа останется за Netflix

Стриминг-гигант забирает лучшие проекты именитых режиссеров

Esquire
Как победить хищника? Как победить хищника?

Навыки выживания, необходимые для победы над расой идеальных охотников

Популярная механика
Цвет общества Цвет общества

На­след­ник неф­тя­ных мил­ли­ар­дов Джо Гет­ти и его же­на Са­би­на

Vogue
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика

Церемония вручения ежегодной премии журнала HELLO! "Самые стильные в России"

Cosmopolitan
Танки против крепостей Танки против крепостей

Миф об уничтоженных танковых армиях на улицах Берлина

Популярная механика
«Чубайса в шахту, чтобы черным вылез!» К юбилею Виктора Черномырдина «Чубайса в шахту, чтобы черным вылез!» К юбилею Виктора Черномырдина

Александр Гамов — о своем многолетнем собеседнике и главном герое

СНОБ
Открыть в приложении