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

Кто спасет МКС Кто спасет МКС

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

Популярная механика
Успех на расстоянии: как сделать из филиала источник дохода, а не проблем Успех на расстоянии: как сделать из филиала источник дохода, а не проблем

Как удержать единую стратегию развития компании с множеством филиалов?

Forbes
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

В 2015 году мы узнали, что наносить ракетные удары можно из Каспийского моря

Популярная механика
Простая техника, чтобы принять решение и начать действовать Простая техника, чтобы принять решение и начать действовать

Как начать хотеть, если уже давно ничего не хочется?

Psychologies
Без рулей и элеронов Без рулей и элеронов

Можно ли обойтись без таких привычных элементов самолета, как рули и элероны?

Популярная механика
Одежный партнер. Как модная революция изменила экономику России Одежный партнер. Как модная революция изменила экономику России

Торговля готовым платьем повлияла не только на облик, но и на экономику России

Forbes
Топор плывет Топор плывет

В середине прошлого десятилетия в море вышло судно странной наружности

Популярная механика
Дома хуже: Карачинский рассказал Forbes, почему деофшоризация невыгодна для бизнеса Дома хуже: Карачинский рассказал Forbes, почему деофшоризация невыгодна для бизнеса

Компаниям, попавшим под санкции, предлагают переводить бизнес из-за рубежа

Forbes
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Весенний уикенд в Стамбуле Весенний уикенд в Стамбуле

Кто не видел Стамбул, тот не видел Азию

Vogue
Знаки и смыслы Китая Знаки и смыслы Китая

Китайская иероглифика прекрасна чувствует себя даже в цифровую эпоху

Популярная механика
Тарелка профессора Роя: бескрылый летательный аппарат Тарелка профессора Роя: бескрылый летательный аппарат

В США получен патент на «летающую тарелку»

Популярная механика
Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан Крейсер «Кенигсберг» в африканских водах: Паровой партизан

Эпопея немецкого рейдера «Кенигсберг» времен Первой мировой

Популярная механика
Самые скандальные случаи, когда фирмы отзывали свою продукцию Самые скандальные случаи, когда фирмы отзывали свою продукцию

В погоне за выручкой корпорации теряют миллионы долларов, а покупатели — жизнь!

Maxim
Шепот, который убивает Шепот, который убивает

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

Популярная механика
Звезды нас ждут: как супертелескоп Джеймса Уэбба будет искать жизнь во Вселенной Звезды нас ждут: как супертелескоп Джеймса Уэбба будет искать жизнь во Вселенной

В скором времени у NASA появится целое семейство космических телескопов

Forbes
Дело жизни Казуаки Харады Дело жизни Казуаки Харады

Японский художник Казуаки Хараде нашел свое дело почти случайно

Популярная механика
Дробное питание и интервальное голодание: 2 способа сбросить вес Дробное питание и интервальное голодание: 2 способа сбросить вес

Делимся двумя действенными способами сбросить лишний вес

Cosmopolitan
Картонная инженерия Даниеля Агдага Картонная инженерия Даниеля Агдага

Австралийский художник Даниель Агдаг делает скульптуры из картона

Популярная механика
Путешествуем дешево! Подсказки для «новеньких» Путешествуем дешево! Подсказки для «новеньких»

Как решиться отправиться в отпуск без путевки? Наша читательница дает стимул

Лиза
Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
Побочный эффект Побочный эффект

Как предотвратить негативные последствия резкой потери веса

Cosmopolitan
Ракетный маневр Ракетный маневр

С S7 Space связывают надежды на развитие отечественной частной космонавтики

Популярная механика
«Их надо обязательно вытаскивать» «Их надо обязательно вытаскивать»

Кто такие украинские политзэки и кого из них освободили

Русский репортер
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

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
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Наталия Корнеева. Непростая история Наталия Корнеева. Непростая история

Уже больше полугода не утихает скандал между Джигарханяном и его женой

Караван историй
Возвращение «Индейца» Возвращение «Индейца»

Прошлое и настоящее мотоцикла Indian

Популярная механика
Кино на экспорт. Российские продюсеры научились зарабатывать на китайцах Кино на экспорт. Российские продюсеры научились зарабатывать на китайцах

Прошедший год стал рекордным для российской киноиндустрии

Forbes
Открыть в приложении