Ученые рассказывают, для чего нужны квантовые компьютеры и как они их создают

Популярная механикаHi-Tech

Квантовые компьютеры: смогут ли их создать и как они будут устроены

Александр Грек

Современная цифровая цивилизация напрямую зависит от компьютеров, которые становятся все мощнее, меньше и дешевле. Сегодня средний размер транзистора, базового элемента компьютеров, составляет 14 нм – примерно в восемь раз меньше диаметра ВИЧ. Прогресс не стоит на месте: ученые приблизились к физическому пределу технологии – созданию транзистора размером с атом, центральный компонент которого размером всего 1,5 нм. Но при таких размерах уже начинают работать квантовые эффекты: электроны могут перескакивать по другую сторону закрытого затвора с помощью квантового туннелирования. Ученые хотят обратить это свойство в свою пользу, разработав квантовые компьютеры.

В традиционных компьютерах единицей информации является бит, а в квантовых – кубит. Бит находится только в одном из состояний: либо ноль, либо единица. Кубит с некоторой вероятностью может быть в обоих этих состояниях. Что в квантовой механике и называется суперпозицией.

Из битов в состояниях 1 и 0 можно составить только четыре пары (00, 01,10 и 11). А вот количество состояний для кубитов составляет 2 в степени n. Для четырех кубитов это 2 в четвертой степени, то есть 16. А для 10 – уже 1024. И это число растет экспоненциально с каждым новым кубитом. 20 кубитов могут хранить уже больше миллиона значений одновременно. А на число комбинаций всех возможных состояний квантового компьютера из 300 кубитов уже не хватит атомов во Вселенной. Еще одно странное свойство кубитов – запутанность, когда каждый кубит мгновенно реагирует на изменение состояния другого кубита. Измерив один кубит, мы можем узнать состояние другого кубита, запутанного с ним.

Обычный компьютер выполняет алгоритм только для одного набора данных. Квантовый логический элемент может обработать несколько входных значений. Задача исследователей – управлять кубитами так, чтобы каждый выполнял свое собственное задание. Тогда вычисления будут проводиться параллельно. Благодаря увеличению количества состояний квантовый компьютер сможет получать результат быстрее, чем обычный, – это квантовое превосходство.

Предполагается, что квантовые компьютеры будут использоваться для решения сложных задач корреляции – например, нахождения элементов в базах данных, шифровки и дешифровки данных. Еще одно важное применение – моделирование молекул. Квантовые компьютеры могут значительно ускорить перебор параметров и поиск нужных корреляций, что позволяет получить заданные свойства. Ученые и бизнесмены надеются на революцию в медицине, органической химии и материаловедении. На качественно новый уровень выйдут возможности систем искусственного интеллекта.

a6593c7e3216f7023cb2c590862c9a39.jpg

Правда, пока проблема заключается в том, что вы получаете результат с вероятностью, которая может быть меньше 100%. Так что в некоторых областях квантовые компьютеры не могут заменить классические. Ученым только предстоит решить проблемы считывания и интерпретации полученных результатов и коррекции ошибок.

Если все заработает, мы будем жить в эпохе совсем иных технологических возможностей. Важность создания квантовых компьютеров для государства сравнима с важностью атомных технологий в XX веке – по влиянию на экономику и обороноспособность, и все ведущие державы вступили в квантовую гонку. И по сложности фундаментальных задач, и по объему новых технологий, которые предстоит освоить, все это напоминает знаменитый «атомный проект». Государство привлекает лучших ученых страны, однако специалисты говорят о необычайно сложной административной задаче управления и синхронизации разных групп ученых и целых отраслей промышленности. Неслучайно во главе проекта «Квантовые вычисления» была поставлена госкорпорация «Росатом». За четыре года требуется совершить невероятное – создать к 2024 году отечественный 100-кубитный квантовый компьютер. «Популярная механика» пообщалась с участниками проекта и заразилась от них оптимизмом.

Хитрая технология

Квантовые вычисления не универсальны, они не способны заменить традиционные компьютеры. «Информация обрабатывается хитро, мы пользуемся всем большим пространством состояний, чтобы ее переваривать, но наши возможности считать ее оттуда невелики. Потому что при измерении у вас происходит коллапс до двоичного кода, – говорит старший научный сотрудник Центра квантовых технологий МГУ, руководитель сектора квантовых вычислений Станислав Страупе. – Поэтому квантовые алгоритмы – наука о том, как извлечь из этого многомерного пространства полезную информацию за небольшое количество измерений».

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как американцы обломком космической ракеты убили кубинскую корову Как американцы обломком космической ракеты убили кубинскую корову

Самая нелепая жертва холодной войны

Maxim
В защиту маленьких В защиту маленьких

Правда ли, что от высокого роста одни плюсы?

N+1
11 способов удивить девушку в постели, которые ей понравятся 11 способов удивить девушку в постели, которые ей понравятся

Лучшие идеи, как доставить удовольствие партнерше во время занятий любовью

Playboy
Имперские амбиции и рикошет санкций: почему российские стартапы не «выстреливают» на международном рынке Имперские амбиции и рикошет санкций: почему российские стартапы не «выстреливают» на международном рынке

Почему родина стартапа имеет огромное влияние на его международный потенциал

Forbes
Размеры женской обуви: как правильно выбрать в магазине и при заказе онлайн Размеры женской обуви: как правильно выбрать в магазине и при заказе онлайн

Размер – один из важнейших, если не самый важный параметр при выборе обуви

Cosmopolitan
Жидкокристаллические эластомеры с градуированными свойствами приспособили для 3D-печати Жидкокристаллические эластомеры с градуированными свойствами приспособили для 3D-печати

Ученые нашли способ использовать жидкие кристаллы для 3D-печати

N+1
Врата в Ад: древнеримские жрецы убивали жертв смертельным газом Врата в Ад: древнеримские жрецы убивали жертв смертельным газом

Жуткие ритуалы языческих жрецов древнего Рима

Популярная механика
Образ Турции в русском искусстве Образ Турции в русском искусстве

Обычаи и традиции бывшего Османского государства

Культура.РФ
Дети преподавателей о своей жизни Дети преподавателей о своей жизни

Дети рассказывают, какими качествами должен обладать хороший педагог

СНОБ
Черные дыры могут действительно быть «кротовыми норами» Черные дыры могут действительно быть «кротовыми норами»

Согласно заявлению ученых, червоточины должны иметь особый спектр излучения

Популярная механика
Прибыль для государства, убытки для акционеров: что не так с SPO «Аэрофлота» Прибыль для государства, убытки для акционеров: что не так с SPO «Аэрофлота»

Что не так с размещением авиакомпании

Forbes
Звук тишины Звук тишины

Шесть простых стратегий для успокоения ума

Yoga Journal
Как научиться врать и не краснеть: 8 основных правил Как научиться врать и не краснеть: 8 основных правил

Мастерство вранья подчас достигается годами усердных тренировок

Playboy
10 лучших японских компьютерных игр 10 лучших японских компьютерных игр

Лучшие японские видеоигры с локализацией хотя бы на английский

Maxim
Таруса Bien Sûr Таруса Bien Sûr

Дом, сад и хозяйка — это все как будто иллюстрации из книги об идеальной России

Seasons of life
Дом для современного человека Дом для современного человека

Вернулся к жизни дом Наркомфина — главный шедевр эпохи конструктивизма в Москве

AD
Можно ли предсказать эволюцию человека: теории и факты Можно ли предсказать эволюцию человека: теории и факты

Каким путем пойдет эволюция человека?

Популярная механика
Глава из книги Николя Матье «И дети их после них» Глава из книги Николя Матье «И дети их после них»

В центре сюжета — Антони, Хасин и Стеф, чье детство пришлось на сложные времена

СНОБ
Входит в стоимость Входит в стоимость

Действительно ли маска за 1000 рублей эффективнее, чем маска за 100?

Glamour
Как стать писателем: отрывок из «Рассказов о диковинках» Фигля-Мигля об авторском опыте Как стать писателем: отрывок из «Рассказов о диковинках» Фигля-Мигля об авторском опыте

Отрывок из сборника текстов Фигля-Мигля о писательстве, сюжете и письмах

Esquire
Мужчина «на вырост»: почему не надо перевоспитывать партнера Мужчина «на вырост»: почему не надо перевоспитывать партнера

«Переделать мужчину под себя» — куда приведет подобная стратегия?

Psychologies
Ученая степень и еще 9 удивительных фактов о Валерии Меладзе Ученая степень и еще 9 удивительных фактов о Валерии Меладзе

Чувственный тембр Валерия Меладзе до сих пор сводит с ума миллионы женщин России

Cosmopolitan
Александр Чачава: Как российские стартаперы завоевывают место в мировой IT-индустрии Александр Чачава: Как российские стартаперы завоевывают место в мировой IT-индустрии

Как русскоязычным стартаперам удалось усилить свой вес в технологическом мире

СНОБ
Первая легальная ГМ-пшеница вырастет в Аргентине Первая легальная ГМ-пшеница вырастет в Аргентине

Ученые нашли способ модифицировать пшеницу и делать ее устойчивой к засухе

N+1
Королевский выбор: какие бренды предпочитают английские монархи Королевский выбор: какие бренды предпочитают английские монархи

Заодно выясняем – дают ли компаниям привилегии ордера и статус поставщика двора

GQ
Стержни, спринклер, контейнмент: как устроена система безопасности АЭС Стержни, спринклер, контейнмент: как устроена система безопасности АЭС

Развиваем мифы о вреде атомной энергетики

Популярная механика
Как богатые снова плачут. «Отыграть назад» — сериал с Николь Кидман и Хью Грантом от автора «Большой маленькой лжи» Как богатые снова плачут. «Отыграть назад» — сериал с Николь Кидман и Хью Грантом от автора «Большой маленькой лжи»

О достоинствах и недостатках нового сериала HBO «Отыграть назад»

Forbes
Высыпаемся: правила сна для мам Высыпаемся: правила сна для мам

Ничего лучше для восстановления сил, чем сон, пока не придумали!

Seasons of life
Предприниматели боятся активизма сотрудников, потому что не хотят делиться властью в компании. Артём Темиров отвечает Брайану Армстронгу Предприниматели боятся активизма сотрудников, потому что не хотят делиться властью в компании. Артём Темиров отвечает Брайану Армстронгу

Правда ли то, что активизм сотрудников ведёт к расфокусу и разобщению команды?

Inc.
10 безумных прототипов оружия в современной истории 10 безумных прототипов оружия в современной истории

Лучшие примеры одновременно смертоносного и странного оружия

Maxim
Открыть в приложении