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

Что означают цифры на штрихкодах? Что означают цифры на штрихкодах?

Знай это, когда в следующий раз захочешь отсканировать агента из «Хитмана»

Maxim
Ветви одного дерева Ветви одного дерева

Этот герой родился в джунглях, работает в Джакарте и рассказывает о об асматах

Вокруг света
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
Акселерация и децелерация: как меняется наш рост от эпохи к эпохе Акселерация и децелерация: как меняется наш рост от эпохи к эпохе

Во все времена существовали волны изменения длины тела

Популярная механика
«Лейкоз — это дикий зверь»: координатор волонтеров Ольга Егорова о своей работе «Лейкоз — это дикий зверь»: координатор волонтеров Ольга Егорова о своей работе

«Если вы встретите медведя, не пытайтесь убежать – это бесполезно»

Cosmopolitan
Ту-4: советская копипаста, которая, возможно, спасла миллионы жизней Ту-4: советская копипаста, которая, возможно, спасла миллионы жизней

Как инженеры Туполева американский бомбардировщик копировали

Maxim
7 самых необычных вещей, найденных на дне озер (некоторые из них пугают) 7 самых необычных вещей, найденных на дне озер (некоторые из них пугают)

От таких находок захватывает дух!

Playboy
Никаких поцелуев! 9 строгих запретов для королевы Елизаветы II Никаких поцелуев! 9 строгих запретов для королевы Елизаветы II

Что нельзя делать королеве Великобритании?

Cosmopolitan
«Мы конкурируем с диваном»: директор Политеха Юлия Шахновская о борьбе с врагом любопытства, эзоповом языке и недопустимости очередей «Мы конкурируем с диваном»: директор Политеха Юлия Шахновская о борьбе с врагом любопытства, эзоповом языке и недопустимости очередей

Почему в России конкуренция между культурными институциями во многом иллюзорна?

Forbes
«Вояджеры» обнаружили более плотный космос вне Солнечной системы «Вояджеры» обнаружили более плотный космос вне Солнечной системы

«Вояджер-2» вышел в межзвездное пространство

Популярная механика
Интервью с вице-президентом по управлению персоналом МТС Татьяной Чернышевой Интервью с вице-президентом по управлению персоналом МТС Татьяной Чернышевой

О новых форматах образования, лидерах будущего и книгах, которые помогут выжить

СНОБ
Большая авантюра Большая авантюра

О своей профессии рассказывает Ева Габулова, режиссер звездных шоу

ЖАРА Magazine
Тестовое задание и испытательный срок: как работодатели могут тебя обмануть Тестовое задание и испытательный срок: как работодатели могут тебя обмануть

На что ты готова, чтобы получить работу?

Cosmopolitan
Ученые воспроизвели покрытие, защищающее от бликов глаза насекомых Ученые воспроизвели покрытие, защищающее от бликов глаза насекомых

Как экономично и экологично производить безопасные биоразлагаемые нанопокрытия

Популярная механика
5 порнофильмов, которые больше, чем порнофильмы 5 порнофильмов, которые больше, чем порнофильмы

Что снимал Энди Уорхол, хвалил Роджер Эберт и как порнография спасала леса

Weekend
Как отношения в одной семье могут изменить целую отрасль Как отношения в одной семье могут изменить целую отрасль

История основателей «Группы Черкизово»

Forbes
Нужен ли человеку короткий дневной сон Нужен ли человеку короткий дневной сон

Отрывок из книги Кристиана Бенедикта «Сон в XXI веке»

СНОБ
#прохобби: путешествия по России гендиректора «Газпромбанк Лизинг» #прохобби: путешествия по России гендиректора «Газпромбанк Лизинг»

Генеральный директор «Газпромбанк Лизинг» рассказал о путешествиях по России

РБК
На одной ноте На одной ноте

Что помогло Майклу Джексону 5 раз получить премию «Грэмми»

Вокруг света
Невероятная история, стоящая за мужским жилетом: экономика, политика и диско Невероятная история, стоящая за мужским жилетом: экономика, политика и диско

Мужской жилет на службе Его Величества!

Maxim
Правила жизни Cьюзан Cарандон Правила жизни Cьюзан Cарандон

Правила жизни актрисы Cьюзан Cарандон

Esquire
Приключения Электроника Приключения Электроника

Фабрика «цифровых сотрудников» позволяет людям не чувствовать себя роботами

Forbes
США в 2016 году достигли мирового рекорда по количеству пластиковых отходов США в 2016 году достигли мирового рекорда по количеству пластиковых отходов

В 2016 году в США образовалось 42 миллиона тонн пластикового мусора

N+1
Семь экранизаций, финал которых отличается от книги Семь экранизаций, финал которых отличается от книги

Как изменить финал экранизации так, чтобы получить за это кинопремию

Maxim
Диски высокой энергии: маховичный накопитель Диски высокой энергии: маховичный накопитель

Недорогой и невероятно емкий накопитель энергии уже существует

Популярная механика
Психологический детокс: 7 шагов к душевному равновесию Психологический детокс: 7 шагов к душевному равновесию

Как именно можно провести «психологический детокс»

Psychologies
В Москву! В Москву!

Респектабельный интерьер в стиле софт-минимализм

SALON-Interior
ЗОЖ-аптечка: как правильно принимать витамины ЗОЖ-аптечка: как правильно принимать витамины

Как принимать витамины и как правильно подобрать их дозировку

Cosmopolitan
Феминизм: реальная поддержка женщин или скрытая игра в пользу мужчин? Феминизм: реальная поддержка женщин или скрытая игра в пользу мужчин?

Психолог комментирует две противоположных точки зрения на феминизм

Psychologies
Эта земля была нашей Эта земля была нашей

Сегодня вместо сверхдержав своими ракетами меряются супербизнесмены

GQ
Открыть в приложении