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

Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
Основатели Lamoda: «Мы хотим стать номером один на рынке моды в СНГ» Основатели Lamoda: «Мы хотим стать номером один на рынке моды в СНГ»

Четверо молодых немцев пришли осваивать рынок онлайн-торговли в России

Esquire
Конец всему Конец всему

Несколько вариантов сценария будущего для Вселенной

Популярная механика
Как стать обаятельным человеком: 5 секретов Как стать обаятельным человеком: 5 секретов

Пять шагов, которые помогут развить обаяние

Psychologies
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

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

Популярная механика
6 упражнений, которые сделают твой секс незабываемым 6 упражнений, которые сделают твой секс незабываемым

Добавь эти упражнения к своим тренировкам, и результат не заставит себя ждать

Cosmopolitan
Брат небесный, брат земной Брат небесный, брат земной

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

Популярная механика
Догнать спрос: выдержит ли Россия конкуренцию на рынке СПГ Догнать спрос: выдержит ли Россия конкуренцию на рынке СПГ

Прямо сейчас Россия может застолбить за собой несколько важных направлений

Forbes
Точечный старт Точечный старт

История отечественного авиаконструктора – Владимира Мясищева

Популярная механика
Цена санкций. Как сильно обвалится рубль Цена санкций. Как сильно обвалится рубль

С момента введения новых санкций США рубль потерял к доллару и евро более 9%

Forbes
Удар с небес Удар с небес

Javelin считают наиболее совершенным легким средством против бронетехники

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
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
Игра на выбывание: кто покинул список Forbes в 2018 году Игра на выбывание: кто покинул список Forbes в 2018 году

Из списка богатейших бизнесменов России выбыли 15 человек

Forbes
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
Чистые помыслы: три правила информационной гигиены Чистые помыслы: три правила информационной гигиены

Что мешает продуктивно работать и совершенствовать себя

Forbes
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Кризис среднего возраста: будут ли дорожать автомобили с пробегом Кризис среднего возраста: будут ли дорожать автомобили с пробегом

Исследование вторичного авторынка по результатам первого квартала текущего года

Forbes
Шепот, который убивает Шепот, который убивает

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

Популярная механика
Отрывок из новой книги-раскраски Чака Паланика «Наследие» Отрывок из новой книги-раскраски Чака Паланика «Наследие»

В апреле выходит новая книга-раскраска Чака Паланика «Наследие»

Esquire
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
Ученые проверили воду в бутылках и в 93% обнаружили частицы пластика! И ты это пьешь! Ученые проверили воду в бутылках и в 93% обнаружили частицы пластика! И ты это пьешь!

Новейшее пугающее исследование

Maxim
Наука о прикосновениях Наука о прикосновениях

Белорусский стартап реализовал технологию передачи тактильных ощущений для VR

Популярная механика
Что носили мужчины на этой неделе Что носили мужчины на этой неделе

Наконец-то баланс стритстайла и классики

GQ
Механик в аду Механик в аду

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

Популярная механика
Ароматы империи Ароматы империи

Как в России развивалось производство косметики и парфюмерии

Forbes
КВ-1 к маршу готов КВ-1 к маршу готов

Танки, участвовавшие в битве на Неве

Популярная механика
Авто на удачу Авто на удачу

Арендуем машину на отдыхе как профи

Cosmopolitan
Броня легка Броня легка

Алюминиевые сплавы давно и прочно обосновались на бронемашинах

Популярная механика
Руководство по выращиванию зубов Руководство по выращиванию зубов

Как вырастить новые здоровые зубы вместо поврежденных

Популярная механика
Открыть в приложении