В IT сложилась предреволюционная ситуация

Популярная механикаHi-Tech

Квантовое превосходство

Текст: Александр Ершов

В IT сложилась предреволюционная ситуация, хотя в курсе происходящего остаются лишь немногие интересующиеся и еще более узкий круг специалистов. А между тем уже в этом году ожидается событие исторического масштаба: квантовые компьютеры, разработка которых продолжается уже более трех десятилетий, впервые смогут проводить вычисления, недоступные для самых мощных суперкомпьютеров традиционной кремниевой архитектуры. Если ожидания оправдаются, скоро мы вступим в эру «квантового превосходства». Но хотя название для этой эпохи давно придумано, что нас в ней ждет, не знает пока никто.

Стенд компании Intel на прошедшей в начале года конференции потребительской электроники CES в Лас-Вегасе, как обычно, был заполнен журналистами и техноблогерами. Новинки крупнейшего производителя микрочипов всегда потенциально интересны, хотя в последние годы эти обновления – чуть больше ядер, чуть меньше энергопотребление – все реже привлекают внимание публики. Однако на этот раз технологическому гиганту действительно было чем похвастаться: посетителям показали квантовый процессор Tangle Lake, способный – пусть теоретически и лишь в некоторых задачах – делать то, что пока было по силам лишь лучшим суперкомпьютерам.

Tangle Lake ни размерами, ни формой не слишком выделяется на фоне обычной продукции Intel. Но принципы, на которых он работает, далеки от тех, на которых построена традиционная электроника. Вместо миллиардов транзисторов на новой микросхеме имеется всего 49 элементов. И это не полупроводниковые переключатели тока, а кубиты («квантовые биты»), элементарные ячейки, способные работать с квантовой информацией. В данном случае они представляют собой крохотные сверхпроводящие антенны.

Это не единственный вариант получить кубиты для квантового компьютера, но в данном случае важнее их число. 49 не рекорд: еще до презентации Tangle Lake компания IBM рассказала о работе над квантовым компьютером на 50 кубит, а группа под руководством гарвардского физика Михаила Лукина сделала экспериментальный 51-кубитный вычислитель. Легко заметить, что все эти проекты построены вокруг цифры в полсотни кубит: именно на ней обычно устанавливают планку, после которой стоит ожидать наступления «квантового превосходства».

Преимущество неопределенности

Использовать для расчетов поведения квантовых систем не обычные компьютеры, а другие квантовые системы, которые могли бы играть роль упрощенной модели, предложил еще Ричард Фейнман в 1981 году. Справедливости ради стоит добавить, что идея, видимо, витала в воздухе: почти за год до того ее высказывал советский математик Юрий Манин. В самом деле, трудность, с которой сталкиваются обычные компьютеры при моделировании таких систем, заключается в самой их квантовой природе, в неустранимой неопределенности параметров взаимодействующих частиц.

Допустим, нам нужно посчитать, как поведет себя атом, если мы направим на него фотон; для этого нам требуется выяснить поляризацию фотона. Единственный способ сделать это – провести измерения, а до этого поляризация останется неопределенной: физики говорят о суперпозиции, наложении возможных значений. Для расчетов все варианты должны быть рассмотрены по отдельности, и в нашем примере это займет вдвое больше времени, чем если бы нужные параметры поляризации были известны. Более того, стоит начать добавлять в систему другие компоненты (несколько атомов, несколько фотонов), и неопределенности придется перемножать, а сложность вычислений вырастет экспоненциально.

Идея квантового компьютера заключалась в том, чтобы обратить недостаток в достоинство: использовать для вычислений саму неопределенность, которая так затрудняет обычные расчеты. Представим, что вам нужно подобрать пароль, у которого неизвестны последние два бита. Тут возможны четыре комбинации: 00, 01, 10 и 11. В классическом случае каждый из них необходимо считать отдельно: подставить его в нужное место и проверить результат. Однако если носителем информации станет квантовый объект – например, два кубита с суперпозицией поляризации, – то все четыре комбинации можно будет проверить одновременно.

Если правильная комбинация возможных состояний кубитов существует, можно не сомневаться, что они примут и ее тоже. Главное – организовать взаимодействие между ними так, чтобы мы смогли прочитать и понять получившийся ответ. Мощь квантовых компьютеров заключается именно в экспоненциально растущем числе операций, которые можно сделать за один шаг. Система, состоящая из двух кубитов, позволяет одновременно рассмотреть четыре варианта развития событий, система из четырех – 16. После 50, как мы помним, наступает «квантовое превосходство», а на число комбинаций всех возможных состояний квантового компьютера из 300 кубитов уже не хватит атомов во Вселенной.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Топор плывет Топор плывет

В середине прошлого десятилетия в море вышло судно странной наружности

Популярная механика
Внимание, перегрев! Внимание, перегрев!

Мы живем в постоянном напряжении и устаем… Неужели этому не будет конца?

Psychologies
Нервные клетки не восстанавливаются? Нервные клетки не восстанавливаются?

Может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных

Популярная механика
Renault Dokker: а по асфальту каблучки Renault Dokker: а по асфальту каблучки

Место Kangoo на рынке занял «марокканец» Dokker

АвтоМир
Стеклянные микробы Люка Джеррама Стеклянные микробы Люка Джеррама

Героев этих произведений не разглядеть без микроскопа

Популярная механика
«Если у тебя нет с женой такого секса, будто ты спрыгнул с пятидесяти метров в воду и улетел, — считай, его нет совсем!» «Если у тебя нет с женой такого секса, будто ты спрыгнул с пятидесяти метров в воду и улетел, — считай, его нет совсем!»

Николай Фоменко о природе секса и других удовольствиях

Maxim
Выход дракона Выход дракона

Впервые в истории лидером по количеству космических запусков станет Китай

Популярная механика
«Я восьмой месяц живу в зазеркалье»: выступление Кирилла Серебренникова в Басманном суде «Я восьмой месяц живу в зазеркалье»: выступление Кирилла Серебренникова в Басманном суде

Серебренникова и его коллег обвиняют в хищении 133 миллионов рублей

Esquire
Нечеловеческая еда Нечеловеческая еда

Как делают сухой корм для животных

Популярная механика
Роли в семье: как найти свою Роли в семье: как найти свою

Можно ли понять, какая роль в семье подходит человеку и как ее поменять?

9 месяцев
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
Воры на доверии: как научиться технике финансовой безопасности Воры на доверии: как научиться технике финансовой безопасности

Технологии упрощают денежные переводы, но этим пользуются и злоумышленники

Forbes
Механик в аду Механик в аду

Зонд AREE – никакой электроники, только старая школа и верная механика

Популярная механика
10 ошибок в воспитании: чего не надо делать 10 ошибок в воспитании: чего не надо делать

То, как мы ведем себя с детьми, напрямую влияет на их эмоциональное развитие

Psychologies
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
Минтранс планирует повысить штрафы за задержку авиарейсов в 14 раз Минтранс планирует повысить штрафы за задержку авиарейсов в 14 раз

Минтранс планирует ужесточить наказание для авиакомпаний за задержку вылетов

Forbes
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

Популярная механика
Спортивный интерес Спортивный интерес

Данила Козловский о новом фильме и любимой девушке

Cosmopolitan
Шепот, который убивает Шепот, который убивает

Ни одна винтовка не способна проделывать такие трюки и оставлять такие отверстия

Популярная механика
Черная кошка, розовая пантера Черная кошка, розовая пантера

В истории «Розовых пантер» интересно и необычно все

Maxim
Мир завтрашнего дня Мир завтрашнего дня

Дизайн – это вовсе не то, как выглядит какой-то предмет

Популярная механика
Ум и отвага. Как войти в список Forbes, бросив вызов бывшему работодателю Ум и отвага. Как войти в список Forbes, бросив вызов бывшему работодателю

Бывшая сотрудница Cisco вошла в число 72 женщин-миллиардеров

Forbes
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

МКС может завершить работу через шесть лет. Что будет дальше?

Популярная механика
Некуда бежать. Смогут ли вкладчики найти замену депозитам Некуда бежать. Смогут ли вкладчики найти замену депозитам

Ставки по депозитам опустились до исторического минимума — 6,9% годовых

Forbes
Рисунки на полях Рисунки на полях

На финале лиги чемпионов УЕФА-2018 засветился робот, рисующий разметку

Популярная механика
Без царя в голове Без царя в голове

Звезда «Ма­тиль­ды» поль­ская ак­три­са Ми­ха­ли­на Оль­шан­ская

Vogue
Рисующие роботы Пиндара ван Армана Рисующие роботы Пиндара ван Армана

Может ли робот стать художником

Популярная механика
Почему мы не любим бумажную возню? Почему мы не любим бумажную возню?

Откуда у нас такая неприязнь к формальностям

Psychologies
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
Оумуамуа, или 1I/2017 U1: первый объект, прилетевший с другой звезды Оумуамуа, или 1I/2017 U1: первый объект, прилетевший с другой звезды

Солнечную систему посетил объект, прилетевший к нам от другой звезды

Популярная механика
Открыть в приложении