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

Конец всему Конец всему

Несколько вариантов сценария будущего для Вселенной

Популярная механика
Как шутить с ним на свидании: чувство юмора знаков зодиака Как шутить с ним на свидании: чувство юмора знаков зодиака

Какое чувство юмора у мужчин разных знаков зодиака

Cosmopolitan
Шепот, который убивает Шепот, который убивает

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

Популярная механика
Идея! Развлечься в аэропорту Идея! Развлечься в аэропорту

Когда десятый час ждешь пересадки в аэропорту, хочется даже поработать

Maxim
Пока не было света Пока не было света

Предыстория солнца и солнечной системы

Популярная механика
Лига плаща: 10 самых запоминающихся тренчей сезона Лига плаща: 10 самых запоминающихся тренчей сезона

10 бежевых плащей разных конфигураций, на которые точно стоит обратить внимание

Cosmopolitan
Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника Космос, глубина и радиация. Экстремальная робототехника

Машины для работы в самых экстремальных условиях

Популярная механика
Одолжить с умом. Как сменить депозит на облигацию и заработать больше Одолжить с умом. Как сменить депозит на облигацию и заработать больше

Как грамотно собрать портфель из долговых бумаг

Forbes
Нечеловеческая еда Нечеловеческая еда

Как делают сухой корм для животных

Популярная механика
Стресс-тест для экономики: рубль ищет новую точку опоры Стресс-тест для экономики: рубль ищет новую точку опоры

Рост геополитической напряженности заставил экономику и рубль сдать позиции

Forbes
Землянам, до востребования Землянам, до востребования

Солнечную систему посетил объект, прилетевший к нам от другой звезды

Популярная механика
Разные интересы: проблема или возможность? Разные интересы: проблема или возможность?

Как сохранить союз, если общих тем мало

Psychologies
Не просто фантастика Не просто фантастика

Городской тест-драйв беспилотного автомобиля

Популярная механика
Таинственная история исчезновения Полин Пикар Таинственная история исчезновения Полин Пикар

Двухлетняя Полин Пикар пропала в апреле 1922 года

Cosmopolitan
Кошка на пути домой Кошка на пути домой

Кошка на пути домой. От совершенного хищника к совершенному домашнему питомцу

Популярная механика
Пятиминутный путеводитель по... отравляющим веществам Пятиминутный путеводитель по... отравляющим веществам

Все о ядах и отравляющих веществах за 5 минут

Esquire
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Молодая кровь: зачем российский бренд сшил одежду с логотипами KFC Молодая кровь: зачем российский бренд сшил одежду с логотипами KFC

Фастфуд KFC выпустил лимитированную коллекцию одежды

Forbes
Ракетный маневр Ракетный маневр

С S7 Space связывают надежды на развитие отечественной частной космонавтики

Популярная механика
Внимание, перегрев! Внимание, перегрев!

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

Psychologies
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

Популярная механика
Рожденная спасать: поможем Марине выздороветь Рожденная спасать: поможем Марине выздороветь

Марина Найдышева была совершенно уверена, что у ее дочери Софии талант

Cosmopolitan
Дело жизни Казуаки Харады Дело жизни Казуаки Харады

Японский художник Казуаки Хараде нашел свое дело почти случайно

Популярная механика
Огонь-трава Огонь-трава

Молодая крапива вкусна, полезна и, что немаловажно, абсолютно бесплатна

Добрые советы
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Цепь ограничений. Forbes составил рейтинг крупнейших покупателей российской нефти Цепь ограничений. Forbes составил рейтинг крупнейших покупателей российской нефти

Первое место по стоимости закупленного сырья занял Litasco

Forbes
Брат небесный, брат земной Брат небесный, брат земной

NASA исследует близнецов: астронавта и его брата, оставшегося на Земле

Популярная механика
Стыдно, когда не видно Стыдно, когда не видно

Бороться за лайки теперь принято, не жалея округлившегося живота своего

Tatler
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Астрофизики впервые рассмотрели, как из чёрной дыры рождается джет Астрофизики впервые рассмотрели, как из чёрной дыры рождается джет

Визуализация образования струи плазмы в окрестности массивной чёрной дыры

Популярная механика
Открыть в приложении