«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

Пространство новых материалов Пространство новых материалов

Как один ученый придумал альтернативу таблице Менделеева

Популярная механика
Реальность под знаком рыбы Реальность под знаком рыбы

Она — рыбка-кормилица — без всякого преувеличения, поистине Золотая рыбка

Знание – сила
Суперприложение Суперприложение

В Поднебесной вся коммуникация идет через систему WeChat

ТехИнсайдер
Свободна как птица Свободна как птица

Как отпустить бывшего и перестать на него злиться: советы психолога

Лиза
Ужасная красавица Ужасная красавица

Плотный облачный покров долго скрывал от людей настоящий характер этой планеты

ТехИнсайдер
Физики обжали скирмионную струну хопфионным кольцом Физики обжали скирмионную струну хопфионным кольцом

Физики пронаблюдали образование хопфионных колец вокруг скирмионных струн

N+1
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
«Современные фильмы страшно захламлены без всякого смысла» «Современные фильмы страшно захламлены без всякого смысла»

Елена Жукова о том, где и как живут герои в российском кино

Weekend
«Сфера» развлечений «Сфера» развлечений

Летом 2023 года над Лас-Вегасом засветилась Луна и превратилась в огромный глаз

ТехИнсайдер
Как вещи влияют на вашу жизнь: 3 вопроса, чтобы сделать быт источником счастья Как вещи влияют на вашу жизнь: 3 вопроса, чтобы сделать быт источником счастья

Мы очень хотим жить по собственному сценарию. Но не у всех это получается

Psychologies
Долгая счастливая жизнь Долгая счастливая жизнь

Старение – это естественно, но не нормально

Популярная механика
История одной вещи: шапка-фернанделька, ставшая атрибутом пацанов 1980-х История одной вещи: шапка-фернанделька, ставшая атрибутом пацанов 1980-х

У такой вязаной шапки с узорами было несколько вариаций и еще больше имен

Правила жизни
Эволюция экскаваторов Эволюция экскаваторов

Строитель будущего будет управлять экскаватором не выходя из дома

Популярная механика
Дети у экрана Дети у экрана

Как экранное время влияет на развитие и здоровье детей?

Здоровье
Как построить коллайдер на Луне (и зачем) Как построить коллайдер на Луне (и зачем)

Сооружение невиданных масштабов – ускоритель частиц, змеей обвивающий Луну

Популярная механика
Тайна перевернутой птицы Тайна перевернутой птицы

Народы Междуречья обладали своей уникальной и неповторимой письменностью

Зеркало Мира
«Слон» на трансзвуке «Слон» на трансзвуке

Грузовая авиация работала, спасая мировую экономику

Популярная механика
За пределами Фрейда: как на самом деле работает психоанализ За пределами Фрейда: как на самом деле работает психоанализ

Как психоанализ работает и с какой целью люди приходят в психоаналитику?

Psychologies
В поисках Рюрика В поисках Рюрика

А был ли Рюрик?

Дилетант
Личные границы: когда оборона не нужна Личные границы: когда оборона не нужна

Стоит ли охранять личные границы от близких людей?

Psychologies
Реформа армии Реформа армии

Петр I провел радикальную реформу армии по европейскому образцу

Дилетант
Лана Дель Рей, Blur, Дельфин: лучшие музыкальные альбомы 2023 года Лана Дель Рей, Blur, Дельфин: лучшие музыкальные альбомы 2023 года

2023 год стал важной вехой в истории современной музыки

Forbes
Серьезная инфекция Серьезная инфекция

Как не допустить заражение ВИЧ: 3 главные меры профилактики

Лиза
Создать нельзя заимствовать Создать нельзя заимствовать

Что такое для современной моды заимствования: зло или просто рабочий инструмент?

Grazia
Точка и шар. Что может быть общего между ними? Точка и шар. Что может быть общего между ними?

Что, если взглянуть на квантовые точки с новой точки зрения?

Наука и жизнь
Полное собрание в одном доме Полное собрание в одном доме

Как Андрей Тарковский выяснял отношения с домом — и выяснил

Weekend
Почему компьютер постоянно перегревается? 7 способов охладить устройство Почему компьютер постоянно перегревается? 7 способов охладить устройство

Есть ли способы охладить лэптоп?

ТехИнсайдер
Змеи, лютичи и диадемы Змеи, лютичи и диадемы

Культуролог и фольклорист Александра Баркова про разные новогодние традиции

Seasons of life
Император и историческая память Император и историческая память

Как Карл Великий превратился во «второго короля Артура»

Знание – сила
Мозг новорожденных людей развит не хуже, чем у других приматов Мозг новорожденных людей развит не хуже, чем у других приматов

Мозг новорожденных людей развит не хуже, чем мозг других приматов

ТехИнсайдер
Открыть в приложении