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

Кошка на пути домой Кошка на пути домой

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

Популярная механика
14 вещей, у которых есть срок годности. А вы не знали? 14 вещей, у которых есть срок годности. А вы не знали?

Почти у всех вещей есть свой срок службы

Домашний Очаг
Удар с небес Удар с небес

Javelin считают наиболее совершенным легким средством против бронетехники

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
Мир Дикого Востока Мир Дикого Востока

Как в Китае рождается медицина будущего

Популярная механика
Режим тишины. Почему иностранные банки заморозили рост своего бизнеса в России Режим тишины. Почему иностранные банки заморозили рост своего бизнеса в России

Иностранные банки перестали интересоваться корпоративными кредитами и розницей

Forbes
Конец всему Конец всему

Несколько вариантов сценария будущего для Вселенной

Популярная механика
Молодая кровь: зачем российский бренд сшил одежду с логотипами KFC Молодая кровь: зачем российский бренд сшил одежду с логотипами KFC

Фастфуд KFC выпустил лимитированную коллекцию одежды

Forbes
Самая древняя Русь Самая древняя Русь

Животный мир давно минувших эпох

Популярная механика
10 шведских автомобилей, о которых вы ничего не знали 10 шведских автомобилей, о которых вы ничего не знали

Шведский автопром кроме «Вольво», «Сааб» и «Скания»

Популярная механика
Танки против крепостей Танки против крепостей

Миф об уничтоженных танковых армиях на улицах Берлина

Популярная механика
В ожидании чуда: что происходит с российскими светофорами В ожидании чуда: что происходит с российскими светофорами

В России увеличилось время ожидания на светофоре

Forbes
Надежный рекордсмен Надежный рекордсмен

Сельскохозяйственные тракторы и рекорды «Ростсельмаша»

Популярная механика
Цифровой взрыв: у кого больше шансов выжить в новой бизнес-среде Цифровой взрыв: у кого больше шансов выжить в новой бизнес-среде

В эпоху диджитализации мужчины и женщины оказались на равных позициях

Forbes
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Он не устроит! Как правильно флиртовать с разными знаками зодиака Он не устроит! Как правильно флиртовать с разными знаками зодиака

Астролог продолжает помогать нам готовиться к свиданиям с мужчинами

Cosmopolitan
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

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

Популярная механика
Самые запоминающиеся образы с фестиваля Coachella Самые запоминающиеся образы с фестиваля Coachella

Главные тренды – круглые очки, обнаженный торс и гавайские рубашки

GQ
Летающий фрегат Летающий фрегат

Российский проект транспортного беспилотника с вертикальными взлетом и посадкой

Популярная механика
Одежный партнер. Как модная революция изменила экономику России Одежный партнер. Как модная революция изменила экономику России

Торговля готовым платьем повлияла не только на облик, но и на экономику России

Forbes
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
«Панцирная пехота»: советский спецназ для штурма германских городов-крепостей «Панцирная пехота»: советский спецназ для штурма германских городов-крепостей

«Коктейль Молотова», дюжина гранат и небольшой запас взрывчатки...

Maxim
Спим на уроке: обучение в состоянии осознанного сновидения Спим на уроке: обучение в состоянии осознанного сновидения

Возможно, скоро мы сможем тренироваться, не вылезая из-под одеяла, прямо во сне

Популярная механика
Прививки: да или нет? Прививки: да или нет?

Каково это – остаться без защиты от грозных инфекций

Лиза
Ускоритель на орбите Ускоритель на орбите

Кто первым выкопал томагавк пучкового оружия, точно не известно

Популярная механика
Бейонсе открыла фестиваль Coachella, и это было бесподобно Бейонсе открыла фестиваль Coachella, и это было бесподобно

5 причин, почему стоит посмотреть это шоу – среди них феминизм и тверкинг

GQ
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
Самые красивые десерты на Пасху Самые красивые десерты на Пасху

Очень много вкуcнейших куличей и шоколадных яиц

Vogue
Проект Guido Проект Guido

Ничего подобного в России прежде не строили

Популярная механика
Продуктовая корзина: как построить свой бизнес на полуготовых блюдах Продуктовая корзина: как построить свой бизнес на полуготовых блюдах

Ошма Гарг развивает новую нишу — здоровая частично приготовленная пища

Forbes
Открыть в приложении