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

Когда погаснет БАК Когда погаснет БАК

Мегапроекты, которые придут на смену Большому адронному коллайдеру

Популярная механика
Традиционные ценности: как меняются вкусы коллекционеров-миллиардеров Традиционные ценности: как меняются вкусы коллекционеров-миллиардеров

Тренды российского арт-рынка находят отражение в коллекциях миллиардеров

Forbes
Мир Дикого Востока Мир Дикого Востока

Как в Китае рождается медицина будущего

Популярная механика
На порядок выше На порядок выше

Знакомимся с бас­кет­бо­ли­ста­ми московского ЦСКА

Vogue
Кошка на пути домой Кошка на пути домой

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

Популярная механика
Гравитационная могила: почему обитатели иных миров не могут улететь в космос Гравитационная могила: почему обитатели иных миров не могут улететь в космос

Астрономы уделяют пристальное внимание супер-Землям

Популярная механика
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

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
Точечный старт Точечный старт

История отечественного авиаконструктора – Владимира Мясищева

Популярная механика
Как бывший чиновник придумал «умное» кольцо и заполучил в клиенты метро и банки Как бывший чиновник придумал «умное» кольцо и заполучил в клиенты метро и банки

PayRing. Производство колец для бесконтактных платежей

РБК
Рисунки на полях Рисунки на полях

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

Популярная механика
Непристойные старинные традиции, слишком смелые даже для современного человека Непристойные старинные традиции, слишком смелые даже для современного человека

Публичная проверка потенции и другие примеры раскованного поведения предков

Maxim
Мир-кольцо Мир-кольцо

Земли в форме бублика: добро пожаловать на обруч и пончик

Популярная механика
Три способа преодолеть страх провала Три способа преодолеть страх провала

Страх неудач часто мешает добиться успеха

Psychologies
Длинные руки «Буяна» Длинные руки «Буяна»

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

Популярная механика
Вечный студент: почему нужно начать учить язык прямо сейчас Вечный студент: почему нужно начать учить язык прямо сейчас

Изучение языков может сделать нас счастливее

Psychologies
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

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

Популярная механика
Удачи на даче! Удачи на даче!

Как подготовиться к очередному дачному сезону?

Добрые советы
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
Космический поиск: NASA запустила в космос охотника за экзопланетами Космический поиск: NASA запустила в космос охотника за экзопланетами

Новый телескоп позволит обнаружить больше планет за пределами Солнечной системы

Forbes
Китайский Карлсон Китайский Карлсон

Самой сложной и красивой игрушкой в мире был радиоуправляемый вертолет

Популярная механика

Церемония вручения ежегодной премии журнала HELLO! "Самые стильные в России"

Cosmopolitan
Заплечных дел мастер Заплечных дел мастер

Почти бесконечный боезапас за спиной

Популярная механика
«Наша прелесть»: как общаться с родителями, помешанными на детях? «Наша прелесть»: как общаться с родителями, помешанными на детях?

Как поехать в гости и не поссориться?

Psychologies
Самая древняя Русь Самая древняя Русь

Животный мир давно минувших эпох

Популярная механика
Фальшивая весна Фальшивая весна

Почему апрель на календаре тебя не радует?

Лиза
Двойные стандарты Двойные стандарты

Стоимость антиматерии падает

Популярная механика
Ратоборцы: что нас ждёт на Ратоборцы: что нас ждёт на

Через пару дней нас ждет в Москве фестиваль «Турнир святого Георгия»

Популярная механика
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

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
Открыть в приложении