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

Прививка или смерть Прививка или смерть

Создание эффективной вакцины против ВИЧ заняло почти 40 лет

Популярная механика
Агния Дитковските: На чужом примере проще учиться Агния Дитковските: На чужом примере проще учиться

В ожидании реалити «Союзники» на СТС мы поговорили с его ведущей

Лиза
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
С того света возвращаются постепенно: история Ирины С того света возвращаются постепенно: история Ирины

Об Ирине Польшиной, которая перенесла рак кожи и трансплантацию костного мозга

Cosmopolitan
Ракетный маневр Ракетный маневр

С S7 Space связывают надежды на развитие отечественной частной космонавтики

Популярная механика
Детокс от регулятора. Можно ли из плохого банка сделать хороший Детокс от регулятора. Можно ли из плохого банка сделать хороший

ЦБ давно вынашивал идею создания банка плохих долгов

Forbes
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Сила жизни Сила жизни

Что за сила пробуждает нас каждое утро и даёт вдохновение жить

Yoga Journal
Кошка на пути домой Кошка на пути домой

Кошка на пути домой. От совершенного хищника к совершенному домашнему питомцу

Популярная механика
Побочный эффект: как предотвратить негативные последствия резкой потери веса Побочный эффект: как предотвратить негативные последствия резкой потери веса

Мы узнали у экспертов, как предотвратить последствия резкой потери веса

Cosmopolitan
Выход дракона Выход дракона

Впервые в истории лидером по количеству космических запусков станет Китай

Популярная механика
Во Вселенной не хватает фосфора для зарождения жизни Во Вселенной не хватает фосфора для зарождения жизни

Фосфор может встречаться в космосе реже, чем считалось ранее

Популярная механика
Самая древняя Русь Самая древняя Русь

Животный мир давно минувших эпох

Популярная механика
Гонка героев: как ресторатору и отельеру подготовиться к чемпионату мира по футболу Гонка героев: как ресторатору и отельеру подготовиться к чемпионату мира по футболу

Способы подготовиться к Чемпионату мира по футболу за 50 дней

Forbes
Любой каприз Любой каприз

Компьютерный дизайн материалов

Популярная механика
Как герои стритстайла носят бейсболки Как герои стритстайла носят бейсболки

Пришло время вспомнить о кепках и начать носить их прямо сейчас

GQ
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Стволовые клетки мозга обновляются ограниченно: новое открытие Стволовые клетки мозга обновляются ограниченно: новое открытие

Новые стволовые клетки в организме со временем практически не появляются

Популярная механика
Брат небесный, брат земной Брат небесный, брат земной

NASA исследует близнецов: астронавта и его брата, оставшегося на Земле

Популярная механика
Паритет в отношениях Паритет в отношениях

Загородный дом в Подмосковье Павел Бурмакин оформил в классическом стиле

SALON-Interior
Заплечных дел мастер Заплечных дел мастер

Почти бесконечный боезапас за спиной

Популярная механика
Пражская весна Пражская весна

Столица Чехии глазами ху­дож­ника Па­вла Пеп­пер­штейна

Vogue
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Ударный вертолет Ми-28Н: охотник в засаде Ударный вертолет Ми-28Н: охотник в засаде

Машина взмывает вверх, становясь почти вертикально

Популярная механика
Новая бронетанковая доктрина Новая бронетанковая доктрина

О зарождении новой бронетанковой доктрины

Популярная механика
Непристойные старинные традиции, слишком смелые даже для современного человека Непристойные старинные традиции, слишком смелые даже для современного человека

Публичная проверка потенции и другие примеры раскованного поведения предков

Maxim
Мир Дикого Востока Мир Дикого Востока

Как в Китае рождается медицина будущего

Популярная механика
Шеф-повар Сергей Кожаков:В Азии я мечтаю о борще Шеф-повар Сергей Кожаков:В Азии я мечтаю о борще

Почему хорошие сашими равнозначны путешествию в Японию

СНОБ
Пока не было света Пока не было света

Предыстория солнца и солнечной системы

Популярная механика
«Начало прекрасной дружбы». Белый дом сообщил Кремлю о передышке в санкциях «Начало прекрасной дружбы». Белый дом сообщил Кремлю о передышке в санкциях

Владимир Путин дал чиновникам указание снизить накал антиамериканской риторики

Forbes
Открыть в приложении