Квантовые компьютеры: чем они отличаются об обычных и какие задачи выполняют?

Наука и жизньНаука

На пороге квантового превосходства

Леонид Федичкин, ведущий научный сотрудник Физико-технологического института им. К. А. Валиева РАН (ФТИАН), доцент кафедры теоретической физики им. Л. Д. Ландау МФТИ. Беседу ведёт Наталия Лескова

Леонид Евгеньевич, в 2001 году в «Науке и жизни», в первом номере третьего тысячелетия была опубликована ваша статья «Квантовые компьютеры», в которой вы рассказывали о принципах работы этих вычислительных устройств и о том, какие перспективы открывает их использование. Оправдались ли ваши ожидания?

— Развитие квантовых вычислений происходит именно в том направлении, которое ожидалось, но примерно раза в два-три медленнее, чем могло бы. Прогресс в области «железа» (hardware) — элементной базы квантовых компьютеров оказался не таким быстрым, как прогнозировалось, однако это отчасти компенсировано ускоренным развитием в области программного обеспечения (software). Существующие квантовые компьютеры имеют память небольшого размера, подвержены шумам, недостаточно точно исполняют команды и способны выполнить только малое число элементарных шагов в одном цикле вычислений. Но благодаря новым идеям, новым подходам, новым принципам написания программ удаётся на программном уровне уравновесить недостатки физической основы квантовых компьютеров. Разработчики квантовых алгоритмов проявляют всю свою изобретательность, чтобы использовать то, что есть сейчас.

— Чем квантовые алгоритмы отличаются от обычных?

— Чтобы это уяснить, надо понять, чем квантовый компьютер отличается от обычного компьютера классической архитектуры. Полезно рассмотреть его функционирование с разных точек зрения.

С одной стороны, можно считать, что квантовый компьютер — это расширенная версия уже привычного нам обычного компьютера. Если необходимо, он может вести себя как обычный, но при этом у него есть дополнительные возможности: запись не только классических чисел, но и сцепленных состояний в квантовую память и расширенный набор команд, к которому тоже можно прибегать, чтобы сэкономить шаги и ускорить вычисления.

С другой стороны, важно понимать, что квантовый компьютер, чтобы продемонстрировать вычислительное преимущество, должен, по крайней мере иногда, оказываться способным обрабатывать информацию в состоянии квантового параллелизма, когда его квантовая память будет в одно и то же время представлять суперпозицию большого количества совершенно различных битовых последовательностей.

Кроме того, квантовый компьютер можно рассматривать как своего рода чёрный ящик со множеством доступных нам цифровых входов, выходов и рычагов управления. При этом ящик не совсем чёрный: описать, как по отдельности связаны между собой любые его узлы, возможно, но на то, чтобы описать его работу во всей совокупности, не хватит вычислительных возможностей никаких существующих суперкомпьютеров. Однако можно надеяться приспособить его для решения практически полезных задач.

— Какие это задачи?

— Квантовый компьютер себя хорошо показывает, когда для поиска наилучшего решения требуется перебрать много дискретных вариантов. Он на порядки сокращает перебор возникающих комбинаций, значительно ускоряет процесс. Задач только такого плана уже довольно много. Например, задачи в логистике, когда нужно осуществить ряд шагов и на каждом шаге — выбрать одну из нескольких возможностей. Получается, что число комбинаций довольно быстро выходит из-под контроля. Представьте: 100 шагов и на каждом шаге — 100 возможностей. Такие задачи есть в бизнесе, в экономике, там нужно принимать много решений и последовательно получать выгоду. В повседневной жизни оптимально распланировать свой день или уложить рюкзак — тоже сложные задачи, если задуматься об этом серьёзно.

Леонид Евгеньевич Федичкин

— Вы считаете, что со временем квантовые компьютеры станут частью жизни каждого из нас?

— Да, это обязательно произойдёт. Хотя трудно с полной определённостью предсказывать будущее, я бы для примерного прогноза провёл аналогию с обычными компьютерами. Сейчас квантовые компьютеры соответствуют классическим начала — середины 1940-х годов. Они тогда были слишком громоздкие и ещё мало что могли. Прошло сорок лет, и миллионам пользователей стали доступны домашние персональные компьютеры. Думаю, за 40 лет это произойдёт и с квантовыми компьютерами.

— При подготовке к интервью я ввела в поиск «квантовый компьютер», и тут же выскочило предложение его купить. Сначала я подумала, что это случайность, но оказалось действительно предлагают купить китайские квантовые компьютеры! На «Авито» они продаются по цене от 8,5 тысячи долларов. Это настоящие квантовые компьютеры или что-то совсем другое?

— Исходя из того, что я прочёл об этих устройствах (оговорюсь, что сам я их не покупал и не тестировал), это игрушечные модели квантовых компьютеров. Они настоящие, но маленькие, и в области применения похожи на развивающие игрушки для детей, когда надо что-то собрать, какой-нибудь полезный механизм из деталей конструктора. Всё будет работать, всё честно. Но до полноценного квантового компьютера там далеко. Они содержат всего несколько квантовых битов. Такие компьютеры реально существуют, их уже много в мире. Некоторые компании предлагают к ним «облачный» доступ, можно по обычному интернету соединиться с квантовым компьютером, реально запустить на нём программу и получить результат.

Классические компьютеры тоже так использовали — в США в 1970-е годы можно было, включив телефон в тональном режиме, позвонить на большой компьютер, передать код программы для исполнения, он запускался, а затем результат вычислений передавался обратно в том же режиме. На таком уровне уже есть квантовые наработки, но это только начало.

Слабость квантовых устройств — малое число битов, и поэтому их применение не оправдано экономически. Проще на обычном компьютере смоделировать процесс работы такого же квантового, получится быстрее и дешевле. Но если вы хотите квантовый процесс «пощупать руками», то вполне можно попробовать купить.

— Для кого-то это может быть во-просом престижа, как в советские годы иметь хорошую книгу или автомобиль «Волга». «А у меня есть квантовый компьютер!»

— Возможно. Хотя для компьютера из всего нескольких кубитов это слишком лестное сравнение. Автомобиль или хорошая книга представляют бóльшую ценность.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Что такое глютен: мифы и правда Что такое глютен: мифы и правда

Что такое глютен и может ли он причинить вред?

РБК
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Beauty-разбор: какими средствами для ухода пользоваться опасно Beauty-разбор: какими средствами для ухода пользоваться опасно

Разнообразие и доступность косметики не всегда работает в нашу пользу

Psychologies
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Почему так важно обращать внимание на версию Bluetooth? Почему так важно обращать внимание на версию Bluetooth?

На что влияет версия Bluetooth на телефоне и наушниках?

CHIP
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
На что обратить внимание при международном расширении бизнеса: три совета На что обратить внимание при международном расширении бизнеса: три совета

Три главных совета при расширении бизнеса на другие рынки

Inc.
Зачем обоняние лёгким Зачем обоняние лёгким

Обоняние в лёгких? Это что, шутка? Вовсе нет!

Наука и жизнь
«Изобретение прав человека: история» «Изобретение прав человека: история»

Как в обществе менялось восприятие пыток

N+1
«Эфиопия — наша!» «Эфиопия — наша!»

В 1936 году фашистская Италия ликовала: над столицей Эфиопии поднялся их флаг

Дилетант
Охота за иконами: как СССР создавал мировой спрос на древнерусское искусство Охота за иконами: как СССР создавал мировой спрос на древнерусское искусство

Глава из книги «Судьбы икон в Стране Советов. 1920–1930-е»

Forbes
И на земле И на земле

Готовиться к бомбардировкам британцы начали задолго до войны

Дилетант
«Каждую ночь она задерживала дыхание и молилась»: как бомбежки влияют на психику «Каждую ночь она задерживала дыхание и молилась»: как бомбежки влияют на психику

Какой была жизнь в английском приюте для воспитания и содержания детей-сирот?

Psychologies
В титане нашли орбитальный эффект Холла В титане нашли орбитальный эффект Холла

Открытие, которое поможет уточнить механизм поведения металлов в магнитном поле

N+1
Ритмы жизни Ритмы жизни

Все причины начать танцевать прямо сегодня

VOICE
Результат на лицо Результат на лицо

5 ошибок в умывании, из-за которых кожа постареет быстрее

Лиза
Только для женщин. В чем причина болезненных месячных Только для женщин. В чем причина болезненных месячных

Дискомфорт во время месячных испытывают многие женщины, но иногда бывает и хуже

Лиза
Здоровье от природы Здоровье от природы

7 эффективных природных антибиотиков

Лиза
Все что нужно знать об искусственном интеллекте! Ликбез и главные факты Все что нужно знать об искусственном интеллекте! Ликбез и главные факты

Главные факты об искусственном интеллекте

ТехИнсайдер
Почти убивший жизнь: благодаря или вопреки кислороду развились древнейшие животные Почти убивший жизнь: благодаря или вопреки кислороду развились древнейшие животные

Когда-то кислород убил почти все живое на планете

Forbes
Глазные капли для генной терапии вернули мальчику зрение. Этот метод может помочь миллионам Глазные капли для генной терапии вернули мальчику зрение. Этот метод может помочь миллионам

Как геннотерапевческие методы лечения помогли вернуть мальчику зрение

ТехИнсайдер
«Бесценных слов транжир и мот»: путеводитель по художественным мирам Маяковского в иллюстрациях, созданных нейросетью «Бесценных слов транжир и мот»: путеводитель по художественным мирам Маяковского в иллюстрациях, созданных нейросетью

Разбираемся в художественном мире Маяковского с помощью иллюстраций

Правила жизни
Смысл концовки Смысл концовки

Кристофер Нолан рассказал о своем творческом процессе и фильме «Оппенгеймер»

Правила жизни
Почему спать с открытым ртом – вредно для здоровья: 6 опасных последствий Почему спать с открытым ртом – вредно для здоровья: 6 опасных последствий

Надоело просыпаться с заложенным носом и пересохшим ртом?

ТехИнсайдер
Розенкрейцер при дворе Розенкрейцер при дворе

Масон и мистик, оказавшийся в числе наставников «русского Гамлета»

Дилетант
Подоить козу и искупать коня: 7 мест для летнего экотуризма Подоить козу и искупать коня: 7 мест для летнего экотуризма

Куда уехать на каникулы и выходные, чтобы купать коней и научиться доить козу

СНОБ
Жутко громко и запредельно опасно: как шум убивает нас Жутко громко и запредельно опасно: как шум убивает нас

Громкие звуки провоцируют появление хронической бессонницы у людей

ТехИнсайдер
Превратить грусть в суперсилу: 6 важных идей из книги «Переживание чувств» Превратить грусть в суперсилу: 6 важных идей из книги «Переживание чувств»

Грусть — наша тайная сила

Psychologies
Klauzura Klauzura

Основательницы бюро Klauzura открыли первый в России архитектурный коворкинг

Собака.ru
Открыть в приложении