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

Проект Guido Проект Guido

Ничего подобного в России прежде не строили

Популярная механика
Человеческая слабость: как избавить искусственный интеллект от расизма Человеческая слабость: как избавить искусственный интеллект от расизма

Искусственный интеллект наследует не только лучшие, но и худшие качества людей

Forbes
Дело жизни Казуаки Харады Дело жизни Казуаки Харады

Японский художник Казуаки Хараде нашел свое дело почти случайно

Популярная механика
Конфликт поколений: чем блокировка Telegram напоминает крестовый поход детей Конфликт поколений: чем блокировка Telegram напоминает крестовый поход детей

История с ограничением доступа напоминает непонимание поколениями друг друга

Forbes
Нашествие Нашествие

Кролики-убийцы и другие животные-захватчики

Популярная механика
Полет нормальный. Стоит ли отказаться от путешествий и ждать снижения цен на билеты Полет нормальный. Стоит ли отказаться от путешествий и ждать снижения цен на билеты

Падение рубля ударило по возможности путешествовать

Forbes
Мир-кольцо Мир-кольцо

Земли в форме бублика: добро пожаловать на обруч и пончик

Популярная механика
Миллиарды из трущоб Миллиарды из трущоб

Как самый богатый человек Индии зарабатывает на дешевой мобильной связи

Forbes
Прививка или смерть Прививка или смерть

Создание эффективной вакцины против ВИЧ заняло почти 40 лет

Популярная механика
Как устроена машинка бессмертия Как устроена машинка бессмертия

За 4 миллиарда лет ни одна из клеток, от которых вы произошли, не умерла

СНОБ
Броня легка Броня легка

Алюминиевые сплавы давно и прочно обосновались на бронемашинах

Популярная механика

Высказывания рэпера в твиттере уже успели привести к скандалу

Esquire
Нервные клетки не восстанавливаются? Нервные клетки не восстанавливаются?

Может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных

Популярная механика
Крутое пике. Акции компаний Олега Дерипаски пострадали из-за санкций больше всех Крутое пике. Акции компаний Олега Дерипаски пострадали из-за санкций больше всех

Бумаги «Русала» и En+ Group Олега Дерипаски упали на 12% и 20% соответственно

Forbes
Летающий фрегат Летающий фрегат

Российский проект транспортного беспилотника с вертикальными взлетом и посадкой

Популярная механика
Твои планы на выходные: Ruski и Insight Твои планы на выходные: Ruski и Insight

Захватывающий дух вид с высоты 354 м. в самых высоких ресторанах Европы.

Cosmopolitan
Надежный рекордсмен Надежный рекордсмен

Сельскохозяйственные тракторы и рекорды «Ростсельмаша»

Популярная механика
Каждому свое: как подобрать правильные аксессуары для твоего типа фигуры Каждому свое: как подобрать правильные аксессуары для твоего типа фигуры

Как выбрать аксессуары, с которыми ты всегда будешь выглядеть «на пятерку»

Cosmopolitan
Танки против крепостей Танки против крепостей

Миф об уничтоженных танковых армиях на улицах Берлина

Популярная механика
Прозрачный бизнес: как Lalique зарабатывает на вазах, молодежи и черепах Прозрачный бизнес: как Lalique зарабатывает на вазах, молодежи и черепах

За 130 лет семейная мануфактура Lalique выросла в многопрофильную корпорацию

Forbes
Шепот, который убивает Шепот, который убивает

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

Популярная механика
Made In Саша Made In Саша

Как работа актрисой помогла Александре Ревенко полюбить себя

Esquire
Нечеловеческая еда Нечеловеческая еда

Как делают сухой корм для животных

Популярная механика
Нефть и песок. Зачем наследному принцу Саудовской Аравии американские деньги Нефть и песок. Зачем наследному принцу Саудовской Аравии американские деньги

Саудовской Аравии пришлось потратить $200 млрд, чтобы свести концы с концами

Forbes
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
Как выбрать дорожную сумку и навсегда забыть про унижения в аэропортах? Как выбрать дорожную сумку и навсегда забыть про унижения в аэропортах?

Как отследить утерянный багаж и какая ручная кладь спасет разрядившийся айфон

GQ
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Конец нейтралитета. Кого затронут новые санкции США Конец нейтралитета. Кого затронут новые санкции США

Новый санкционный пакет, связанный с Сирией

Forbes
Марс, пульс, температура Марс, пульс, температура

Зонд InSight: заглянуть внутрь Марса

Популярная механика
Доброта спасет мир? Доброта спасет мир?

Как отзывчивость и желание помогать другим могут загнать в ловушку?

Лиза
Открыть в приложении