«Квантовый компьютер – атомная бомба XX века»

ТехИнсайдерHi-Tech

Квантовое превосходство

Сегодня проект отечественного квантового компьютера можно сравнить с атомным проектом СССР середины прошлого века.

Текст: Александр Грек

На мониторе работа квантового компьютера на ионах выглядит как цепочка из 10 висящих в вакууме светящихся точек. Но за этими точками стоят невероятно сложные технологии.

«Квантовый компьютер – атомная бомба XXI века», – уверен руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра Алексей Федоров. Такая машина идеальна для решения криптографических задач, она способна достаточно быстро взламывать военные серверы и компьютерные сети, вскрывать защищенные каналы связи, лишая армию управления, – не говоря уже о проникновении в банковские сети и прочие гражданские компьютерные системы. Обладание соответствующими технологиями – вопрос выживания государства.

Но квантовые компьютеры нужны не только для военных целей – они необходимы для решения задач в области квантовой химии, оптимизации финансового моделирования, обучения искусственного интеллекта. С помощью квантовых алгоритмов можно рассчитывать параметры сложных молекул, лекарств, новейших материалов – например, для авиастроения.

Оптический стол – главный рабочий инструмент квантовых оптиков. Вот сейчас вы видите небольшую часть лазерной системы, которая охлаждает ионы до самых низких во всей Вселенной температур.

Если продолжить сравнение квантовой машины с атомной бомбой, то следует вспомнить, что при общем названии вариантов таких бомб было множество и они сильно различались между собой. Например, бомба, сброшенная на Хиросиму, была сделана по пушечной схеме из высокообогащенного урана, а сброшенная на Нагасаки – по имплозивной схеме с обжатием плутония сферической сходящейся ударной волной. Точно так же сейчас – при едином принципе работы – существует несколько концепций построения квантового компьютера. Главные технологии, на которых сосредоточены все усилия, – это ионные ловушки, нейтральные атомы, фотоны и сверхпроводящие кубиты. Никто точно не знает, какая из технологий в итоге «выстрелит», поэтому развивать приходится все. Пока мы, как и с отечественным атомным проектом, по некоторым направлениям отстаем от стран – лидеров квантовой гонки на три-пять лет, но уже постепенно нагоняем конкурентов.

Ближе всех к цели подошла группа Николая Колачевского из совместной лаборатории Физического института им. П. Н. Лебедева (ФИАН) и Российского квантового центра (РКЦ), занимающаяся квантовыми компьютерами на ионах. Мы поговорили о работе над этим проектом с  заместителем руководителя научной группы Ильей Семериковым.

Пара носков

В традиционных компьютерах единицей информации является бит, а в квантовых – кубит. В отличие от традиционного бита кубит в квантовом мире не обязан быть в одном состоянии: он может быть в любой комбинации из них – в квантовой механике это называется суперпозицией. Четыре классических бинарных бита имеют 24 конфигураций в одном из 16 состояний. А четыре кубита могут быть одновременно во всех 16 состояниях. Чтобы описать состояние системы из четырех кубит, нужно 16 чисел. И это количество возрастает экспоненциально с  каждым новым кубитом. Так, для описания 20 кубитов уже понадобится хранить около миллиона значений одновременно, а для 300 потребуется больше чисел, чем атомов во Вселенной.

Еще одно странное свойство кубитов – запутанность: каждый запутанный кубит мгновенно реагирует на изменение состояния другого кубита, как бы далеко друг от друга они ни находились. Измерив один запутанный кубит, мы можем узнать состояние другого, связанного с ним. Чтобы объяснить это явление людям, незнакомым с квантовой физикой, обычно используют сравнение с носками. Представьте, что у вас есть пара квантово связанных носков, разнесенная по разным континентам. Тогда если на одном континенте кто-то наденет носок на правую ногу, то на другом континенте второй носок мгновенно окажется на левой.

Выпускнику МФТИ Илье Семерикову всего 31 год, но он возглавляет одно из важнейших направлений квантовой физики и входит в первую десятку ученых, которые двигали отечественную науку в этом году.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Человек на радиоуправлении Человек на радиоуправлении

Нейроинтерфейсами начали заниматься в российской «Моторике»

ТехИнсайдер
Резерфорд и рождение экспериментальной ядерной физики Резерфорд и рождение экспериментальной ядерной физики

Первое искусственное превращение химических элементов

Наука и жизнь
Вопрос/ответ Вопрос/ответ

Почему человеческие клетки разные и что находится в центре нашей Галактики?

Вокруг света
10 лучших спортивных российских фильмов XXI века: что смотреть, когда нет трансляций 10 лучших спортивных российских фильмов XXI века: что смотреть, когда нет трансляций

Спортивные фильмы XXI века: от хита середины нулевых до блокбастеров двадцатых

Forbes
Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед

Биология в 1900-х годах по темпам своего развития ничуть не отставала от физики

Знание – сила
Кольская сверхглубокая – мифы и реальность, или «Совы не то, чем они кажутся» Кольская сверхглубокая – мифы и реальность, или «Совы не то, чем они кажутся»

История самой глубокой в мире скважины – «Кольской сверхглубокой»

Зеркало Мира
Свет в твоем окне Свет в твоем окне

Украшаем волшебными огнями весь дом

Лиза
Как удержать наступление по всему киберфронту Как удержать наступление по всему киберфронту

Обстановка увеличивает риски для российской информационной инфраструктуры

Монокль
Маршруты Камчатки: «В приоритете туристы, обладающие экологически осознанным поведением» Маршруты Камчатки: «В приоритете туристы, обладающие экологически осознанным поведением»

Как развивается сфера туризма в одном из самых ярких и удаленных регионов России

ФедералПресс
Умный дом: как российские технологии преображают жилище Умный дом: как российские технологии преображают жилище

Чем хороши умные дома по-русски

ФедералПресс
4 сигнала, что вас скоро уволят 4 сигнала, что вас скоро уволят

Тревожные звоночки о том, что с вами хотят попрощаться

Psychologies
Как получить оргазм: 5 рекомендаций гинеколога Как получить оргазм: 5 рекомендаций гинеколога

Простые и действенные рекомендации врача о том, как испытать оргазм

Psychologies
Инновации как способ выживания Инновации как способ выживания

На макроуровне никакой активизации НИОКР в средних компаниях не замечено

Монокль
Современные «Отцы и дети»: психологический разбор героев нового российского сериала «Цикады» Современные «Отцы и дети»: психологический разбор героев нового российского сериала «Цикады»

На что могут повлиять детско-родительские отношения? Разбираем на «Цикадах»

Psychologies
Чем заменить куриные яйца в разных блюдах? Чем заменить куриные яйца в разных блюдах?

Если дома нет куриных яиц — это не повод отказываться от выпечки или сырников

Maxim
«Люди не смогут отличить, что реально, а что воображаемо» «Люди не смогут отличить, что реально, а что воображаемо»

Пять кратких историй успеха, достигнутого в том числе и выходцами из России

РБК
«Как понять, что я навязываюсь?»: чек-лист от психолога «Как понять, что я навязываюсь?»: чек-лист от психолога

Как перебороть чувство, что мы «навязываем» свое общение другому

Psychologies
Александр Крайнов: «Нейросеть не заменит людей в общении, размышлении и умении договариваться» Александр Крайнов: «Нейросеть не заменит людей в общении, размышлении и умении договариваться»

Как нейросети повлияют на профессии и когда они станут привычным инструментом

РБК
Софт-минимализм Софт-минимализм

Квартира, которая подкупает своим спокойствием и простотой

Идеи Вашего Дома
Открытки на память Открытки на память

Новогодние ассоциации от команды Seasons

Seasons of life
Большой переполох Большой переполох

На что обратить внимание при выборе клининговой компании?

Лиза
Иван Антонович Ефремов и его вклад в мировую науку Иван Антонович Ефремов и его вклад в мировую науку

Иван Ефремов оставался признанным классиком жанра и при жизни, и после смерти

Наука и техника
7 опасных привычек водителя, от которых надо избавляться, пока не поздно 7 опасных привычек водителя, от которых надо избавляться, пока не поздно

Перечисляем неочевидные моменты, которых стоит категорически избегать за рулем

Maxim
Танки на колесах Танки на колесах

Есть ли перспектива у так называемых «колесных танков»?

Обозрение армии и флота
5 неожиданных фактов о женщинах и мужчинах с короткой стрижкой 5 неожиданных фактов о женщинах и мужчинах с короткой стрижкой

Короткая стрижка может сказать много интересного о своем обладателе

Psychologies
Дороги в России. Век восемнадцатый Дороги в России. Век восемнадцатый

Из чего и как сложилась сеть крупных сухопутных дорог в России

Знание – сила
«Стеклянный небосвод: Как женщины Гарвардской обсерватории измерили звезды» «Стеклянный небосвод: Как женщины Гарвардской обсерватории измерили звезды»

Как фотопластинка впервые помогла открыть новую звезду

N+1
Ренат Давлетьяров: «В режиссуре главное — знать, когда остановиться» Ренат Давлетьяров: «В режиссуре главное — знать, когда остановиться»

Режиссер и продюсер «Человека ниоткуда» — о том, как шла работа над фильмом

Монокль
Доставить радость Доставить радость

Твой подарок точно понравится, если учесть психотип человека!

Лиза
Финская карта генерала Юденича Финская карта генерала Юденича

Почему не сработал расчёт генерала Юденича на помощь Финляндии

Дилетант
Открыть в приложении