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

Топор плывет Топор плывет

В середине прошлого десятилетия в море вышло судно странной наружности

Популярная механика
Деньги, призрак, аферисты: 5 причин посмотреть мюзикл «Привидение» в последний момент Деньги, призрак, аферисты: 5 причин посмотреть мюзикл «Привидение» в последний момент

Участники проекта «Сноб» сходили на «Привидение»

СНОБ
Чистый тяжелый металл Чистый тяжелый металл

Как производят слитки драгоценных металлов

Популярная механика
Правило бутерброда Правило бутерброда

Идеи для завтрака или быстрого перекуса

Лиза
Танки против крепостей Танки против крепостей

Миф об уничтоженных танковых армиях на улицах Берлина

Популярная механика
8 разоблачающих фактов о гаремах 8 разоблачающих фактов о гаремах

Узнав это, ты раздумаешь становиться султаном (даже если тебя очень уговаривают)

Maxim
Мир-кольцо Мир-кольцо

Земли в форме бублика: добро пожаловать на обруч и пончик

Популярная механика
Олимпиада для умных Каким быть научным и инженерным соревнованиям школьников в цифровой век Олимпиада для умных Каким быть научным и инженерным соревнованиям школьников в цифровой век

Каким быть научным и инженерным соревнованиям школьников в цифровой век

Русский репортер
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
Новые купе и кабриолет C-Класса Новые купе и кабриолет C-Класса

Секрет успеха C-Класса связан с широким рядом моделей

Cosmopolitan
Ускоритель на орбите Ускоритель на орбите

Кто первым выкопал томагавк пучкового оружия, точно не известно

Популярная механика
Первому тренеру приготовиться Первому тренеру приготовиться

19 апреля на экраны выходит «Тренер»

СНОБ
Землянам, до востребования Землянам, до востребования

Солнечную систему посетил объект, прилетевший к нам от другой звезды

Популярная механика
Как выбрать дорожную сумку и навсегда забыть про унижения в аэропортах? Как выбрать дорожную сумку и навсегда забыть про унижения в аэропортах?

Как отследить утерянный багаж и какая ручная кладь спасет разрядившийся айфон

GQ
Пешком по воде Пешком по воде

Далеко не все способны проплыть километр под водой

Популярная механика
Я худею: от чего стоит отказаться, чтобы быстрее терять вес Я худею: от чего стоит отказаться, чтобы быстрее терять вес

О повседневных привычках, которые стоит забыть на время

Cosmopolitan
Дом во льдах Дом во льдах

История дрейфующих станций «Северный полюс» – это летопись подвига во имя науки

Популярная механика
Быстрее боли: как в России помогают умирающим Быстрее боли: как в России помогают умирающим

Сегодня в паллиативной помощи нуждаются по крайней мере 600 000 россиян

СНОБ
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Конфликт поколений: чем блокировка Telegram напоминает крестовый поход детей Конфликт поколений: чем блокировка Telegram напоминает крестовый поход детей

История с ограничением доступа напоминает непонимание поколениями друг друга

Forbes
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

В 2015 году мы узнали, что наносить ракетные удары можно из Каспийского моря

Популярная механика
Для сына я друг Для сына я друг

Певица Полина Гагарина рассказывает,чем отличается второе материнство от первого

Домашний Очаг
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
Бонус к футболу: в России заработала система tax free Бонус к футболу: в России заработала система tax free

Правительство оценило расходы бюджета на введение системы tax free

Forbes
Как спрятать голову в железо Как спрятать голову в железо

История доспехов в европейском Средневековье и технология воссоздания в наши дни

Популярная механика
Черный Георгин: убийство, которое потрясло весь мир, до сих пор не разгадано Черный Георгин: убийство, которое потрясло весь мир, до сих пор не разгадано

Ее мечтам не суждено было осуществиться. Кто-то взял и разрезал ее пополам

Cosmopolitan
Шепот, который убивает Шепот, который убивает

Ни одна винтовка не способна проделывать такие трюки и оставлять такие отверстия

Популярная механика
Скидка на страну. Сколько стоит человеческая жизнь в России Скидка на страну. Сколько стоит человеческая жизнь в России

Жизнь россиянина стоит непростительно дешево

Forbes
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Дикие ягоды Дикие ягоды

Татьяна Бакальчук создала Wildberries — крупнейший интернет-магазин в России

Forbes
Открыть в приложении