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

Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
Три японских секрета стройности Три японских секрета стройности

Что делает рациону жителей Страны восходящего солнца таким исключительным?

Psychologies
Двойные стандарты Двойные стандарты

Стоимость антиматерии падает

Популярная механика
Три способа преодолеть страх провала Три способа преодолеть страх провала

Страх неудач часто мешает добиться успеха

Psychologies
Очень сложная игра Очень сложная игра

Первая полезная компьютерная игра

Популярная механика
Лучшие шутки дня и сиська пива! Лучшие шутки дня и сиська пива!

Обесцвеченный дайджест авторского юмора с авторской орфографией

Maxim
Мусор и ветер Мусор и ветер

Каждый из нас производит сотни килограммов отходов в год

Популярная механика
Бывает ли друзей слишком много? Бывает ли друзей слишком много?

Сколько друзей нам нужно для счастья?

Psychologies
Нечеловеческая еда Нечеловеческая еда

Как делают сухой корм для животных

Популярная механика
Газовая атака: смогут ли американские производители вытеснить российский газ Газовая атака: смогут ли американские производители вытеснить российский газ

«Газпрому» придется делать уступки для европейских покупателей газа

Forbes
Интеллект для самолета Интеллект для самолета

Многофункциональная боевая машина следующего поколения

Популярная механика
7 вещей, которые не выйдут из моды в 2018 году 7 вещей, которые не выйдут из моды в 2018 году

Стилеобразующие вещи, которые мы покупали в прошлом году

Cosmopolitan
Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
Тэнди Ньютон: “Мир Дикого Запада” по сравнению реальностью — это детский лепет” Тэнди Ньютон: “Мир Дикого Запада” по сравнению реальностью — это детский лепет”

Актриса Тэнди Ньютон рассказала Esquire о втором сезоне «Мира Дикого Запада»

Esquire
Удар с небес Удар с небес

Javelin считают наиболее совершенным легким средством против бронетехники

Популярная механика
Выгода патриота: пять причин отдыхать в России Выгода патриота: пять причин отдыхать в России

Где можно зарядиться силами на год вперед

Forbes
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Устроили драмтеатр: фонд Леонида Михельсона показывает в Москве невиданное искусство Устроили драмтеатр: фонд Леонида Михельсона показывает в Москве невиданное искусство

В ММоМА открывается проект фонда V-A-C «Генеральная репетиция»

Forbes
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
Александр Иванников: Мусоросжигательные заводы не решат проблему свалок Александр Иванников: Мусоросжигательные заводы не решат проблему свалок

Что нужно сделать, чтобы решить мусорную проблему в Подмосковье

СНОБ
Ускоритель на орбите Ускоритель на орбите

Кто первым выкопал томагавк пучкового оружия, точно не известно

Популярная механика
Как стать снайпером: основы снайперского дела Как стать снайпером: основы снайперского дела

Как известно, далеко не каждый стрелок – снайпер

Популярная механика
Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан

Эпопея немецкого рейдера «Кенигсберг» времен Первой мировой

Популярная механика
Народ против: как жители Армении не испугались властей и довели протест до победы Народ против: как жители Армении не испугались властей и довели протест до победы

Президент Армении Серж Саргсян уступил протестующим и подал в отставку

Forbes
Дом во льдах Дом во льдах

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

Популярная механика
Стальное упорство Стальное упорство

Владимир Лисин упрямо и решительно берется за любое дело

Forbes
Знаки и смыслы Китая Знаки и смыслы Китая

Китайская иероглифика прекрасна чувствует себя даже в цифровую эпоху

Популярная механика
9 историй звезд, чей путь к материнству был тяжелым и трагическим 9 историй звезд, чей путь к материнству был тяжелым и трагическим

Наши героини прошли тяжелые испытания, прежде чем впервые стать мамами

Cosmopolitan
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Лига плаща: 10 самых запоминающихся тренчей сезона Лига плаща: 10 самых запоминающихся тренчей сезона

10 бежевых плащей разных конфигураций, на которые точно стоит обратить внимание

Cosmopolitan
Открыть в приложении