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

Не просто фантастика Не просто фантастика

Городской тест-драйв беспилотного автомобиля

Популярная механика
Высокая энергия Высокая энергия

Мягкий способ работы с шестью бандхами

Yoga Journal
Кошка на пути домой Кошка на пути домой

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

Популярная механика
Яркие перспективы: Федор Конюхов облетит вокруг света на энергии солнца Яркие перспективы: Федор Конюхов облетит вокруг света на энергии солнца

Первый в истории кругосветный полет на солнечной энергии

Forbes
Шепот, который убивает Шепот, который убивает

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

Популярная механика
«Русал» Дерипаски опасается дефолта из-за санкций США «Русал» Дерипаски опасается дефолта из-за санкций США

Акции компании «Русал» на Гонконгской бирже упали в цене на 50%

Forbes
У Солнца под боком У Солнца под боком

О том, какие загадки должен решить меркурианский зонд

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
Ударные стройки науки Ударные стройки науки

Национальный научный фонд (NSF) опубликовал детальную статистику за 2016 год

Популярная механика
Советы по пикапу от птиц! Советы по пикапу от птиц!

Птицы в совершенстве освоили искусство соблазнения

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
Времена НЭПа — самая развратная эпоха в СССР Времена НЭПа — самая развратная эпоха в СССР

Конец эпохи привел за собой невероятное — первую сексуальную революцию СССР

Cosmopolitan
Мир завтрашнего дня Мир завтрашнего дня

Дизайн – это вовсе не то, как выглядит какой-то предмет

Популярная механика
«Я восьмой месяц живу в зазеркалье»: выступление Кирилла Серебренникова в Басманном суде «Я восьмой месяц живу в зазеркалье»: выступление Кирилла Серебренникова в Басманном суде

Серебренникова и его коллег обвиняют в хищении 133 миллионов рублей

Esquire
Картонная инженерия Даниеля Агдага Картонная инженерия Даниеля Агдага

Австралийский художник Даниель Агдаг делает скульптуры из картона

Популярная механика
Путь к красоте: как работает клиника эстетической медицины Путь к красоте: как работает клиника эстетической медицины

Как проходит рабочий день руководителя клиник эстетической медицины «Клазко»

Forbes
Надежный рекордсмен Надежный рекордсмен

Сельскохозяйственные тракторы и рекорды «Ростсельмаша»

Популярная механика
Из пучины: жуткие истории, рассказанные рыбаками и моряками Из пучины: жуткие истории, рассказанные рыбаками и моряками

Что приходилось видеть рыбакам и морякам, оставшись один на один со стихией?

Cosmopolitan
Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника

Машины для работы в самых экстремальных условиях

Популярная механика
Кризис среднего возраста: когда ожидать и как пережить? Кризис среднего возраста: когда ожидать и как пережить?

Как распознать кризис в себе или в партнере и что делать

Psychologies
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
Я тоже так могу Я тоже так могу

Почему современное искусство вернулось к амебе

Русский репортер
Возвращение «Индейца» Возвращение «Индейца»

Прошлое и настоящее мотоцикла Indian

Популярная механика
Олег Табаков. Вспоминая маэстро Олег Табаков. Вспоминая маэстро

Олег Павлович Табаков – народный артист во всех смыслах

Лиза
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

Популярная механика
Полет нормальный. Стоит ли отказаться от путешествий и ждать снижения цен на билеты Полет нормальный. Стоит ли отказаться от путешествий и ждать снижения цен на билеты

Падение рубля ударило по возможности путешествовать

Forbes
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Сколько времени нужно потратить, чтобы научиться метко стрелять, драться, управлять вертолетом Сколько времени нужно потратить, чтобы научиться метко стрелять, драться, управлять вертолетом

Если ты всегда завидовал Джеймсу Бонду, то напрасно

Maxim
Брат небесный, брат земной Брат небесный, брат земной

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

Популярная механика
Renault EZ-GO Renault EZ-GO

Вслед за SYMBIOZ Renault продемонстрировала свое видение такси завтрашнего дня

Quattroruote
Открыть в приложении