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

Пока не было света Пока не было света

Предыстория солнца и солнечной системы

Популярная механика
Самолеты против пожара: как работает пожарная авиация в США Самолеты против пожара: как работает пожарная авиация в США

Когда лесные пожары вырываются из-под контроля, пора звать воздушных пожарных

Популярная механика
Заплечных дел мастер Заплечных дел мастер

Почти бесконечный боезапас за спиной

Популярная механика
6 способов усилить сигнал Wi-Fi 6 способов усилить сигнал Wi-Fi

Неудивительно, что сигнал Wi-Fi не пробивается в закоулки жилплощади

Maxim
Мир-кольцо Мир-кольцо

Земли в форме бублика: добро пожаловать на обруч и пончик

Популярная механика
«Кококо» в «Северянах»: гастрольный ужин Игоря Гришечкина «Кококо» в «Северянах»: гастрольный ужин Игоря Гришечкина

19 апреля в ресторане «Северяне» состоится специальный ужин с Игорем Гришечкиным

Cosmopolitan
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
Удачи на даче! Удачи на даче!

Как подготовиться к очередному дачному сезону?

Добрые советы
Прививка или смерть Прививка или смерть

Создание эффективной вакцины против ВИЧ заняло почти 40 лет

Популярная механика
Американская дочь Американская дочь

Как Дженнифер Лоуренс морили голодом и к чему это привело

GQ
Проект Guido Проект Guido

Ничего подобного в России прежде не строили

Популярная механика
Выживший Выживший

Кто и зачем помог Роману Авдееву сохранить в кризис Московский кредитный банк

Forbes
Портрет генами Портрет генами

ДНК-фенотипирование позволит восстановить облик преступника по его генам

Популярная механика
Ким Чен Ын на свидании с бомбой, Ким Чен Ын на свидании с бомбой,

MTV сняли видео про Юрия Дудя

Cosmopolitan
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
10 фактов о лоботомии 10 фактов о лоботомии

В середине XX века вас могли принудить к лоботомии за своенравный характер

Популярная механика
Нечеловеческая еда Нечеловеческая еда

Как делают сухой корм для животных

Популярная механика
Быть женой миллиардера: правила жизни пианистки Элен Мерсье-Арно Быть женой миллиардера: правила жизни пианистки Элен Мерсье-Арно

Элен Мерсье-Арно — о приемах в тайм-менеджменте и знакомстве со своим мужем

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

Машины для работы в самых экстремальных условиях

Популярная механика
Игра в команде. Чему могут научить сотрудников стресс и виртуальная реальность Игра в команде. Чему могут научить сотрудников стресс и виртуальная реальность

Новые методы обучения персонала могут сделать любой бизнес эффективнее

Forbes
Любой каприз Любой каприз

Компьютерный дизайн материалов

Популярная механика
5 суперзвезд Голливуда, которые исчезли с экрана: почему они перестали сниматься 5 суперзвезд Голливуда, которые исчезли с экрана: почему они перестали сниматься

Куда пропали Камерон Диаз и другие кинозвезды первой величины

Cosmopolitan
Наука о прикосновениях Наука о прикосновениях

Белорусский стартап реализовал технологию передачи тактильных ощущений для VR

Популярная механика
Инъекция романтики. Прошлое и будущее «кадиллака» Инъекция романтики. Прошлое и будущее «кадиллака»

Тест-драйв Cadillac CT6

СНОБ
Механик в аду Механик в аду

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

Популярная механика
Игрокам приготовиться: российский киберспортивный стартап привлек более $1 млн инвестиций Игрокам приготовиться: российский киберспортивный стартап привлек более $1 млн инвестиций

Компьютерные игры тоже требуют обучения

Forbes
Стеклянные микробы Люка Джеррама Стеклянные микробы Люка Джеррама

Героев этих произведений не разглядеть без микроскопа

Популярная механика
Я разная, как и любой человек Я разная, как и любой человек

Пелагея не умеет скучать и категорически не позволяет этого делать своим близким

Добрые советы
Рисунки на полях Рисунки на полях

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

Популярная механика
«У нее мерзкий характер»: Настасья Самбурская ответила на критику Елены Летучей «У нее мерзкий характер»: Настасья Самбурская ответила на критику Елены Летучей

Настасья Самбурская ответила на критику Елены Летучей

Cosmopolitan
Открыть в приложении