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

Удар с небес Удар с небес

Javelin считают наиболее совершенным легким средством против бронетехники

Популярная механика
Юлия Косарева. Мой друг Лелик Юлия Косарева. Мой друг Лелик

До развода был один Табаков, после — будто другой

Караван историй
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
Как заработать 30 000 долларов за неделю! Берут всех, но придется реально вкалывать! Как заработать 30 000 долларов за неделю! Берут всех, но придется реально вкалывать!

Знаешь, какая работа считается самой опасной в мире? Ловля королевского краба

Maxim
Не просто фантастика Не просто фантастика

Городской тест-драйв беспилотного автомобиля

Популярная механика
Citroen C3 Aircross: яркими красками Citroen C3 Aircross: яркими красками

Сочетаются ли яркие цвета и авангардные дизайнерские ходы с практичностью

АвтоМир
Спим на уроке: обучение в состоянии осознанного сновидения Спим на уроке: обучение в состоянии осознанного сновидения

Возможно, скоро мы сможем тренироваться, не вылезая из-под одеяла, прямо во сне

Популярная механика
Библия глазами женщины. Фильм недели: «Мария Магдалина» Библия глазами женщины. Фильм недели: «Мария Магдалина»

Гарт Дэвис попытался заново осмыслить Евангелие

Forbes
Заблудился в Америке Заблудился в Америке

Дизельпанк: параллельная вселенная словенского художника Андрея Трохи

Популярная механика
Романтики наших дней Романтики наших дней

Елена Касаткина оформила дом в Подмосковье в духе “романтического классицизма”

AD
Как победить хищника? Как победить хищника?

Навыки выживания, необходимые для победы над расой идеальных охотников

Популярная механика
Елизавета II и ее корги: история в фотографиях Елизавета II и ее корги: история в фотографиях

Королева Елизавета II разводила вельш-корги на протяжении 70 лет

Esquire
Рисующие роботы Пиндара ван Армана Рисующие роботы Пиндара ван Армана

Может ли робот стать художником

Популярная механика
«Синдром предков»: когда прошлое семьи вредит вашему настоящему «Синдром предков»: когда прошлое семьи вредит вашему настоящему

Синдроме предков — влияние на жизнь бессознательных семейных сценариев

Psychologies
Броня легка Броня легка

Алюминиевые сплавы давно и прочно обосновались на бронемашинах

Популярная механика
Селекция по-русски. ФАС удалось добиться от Bayer технологий в земледелии Селекция по-русски. ФАС удалось добиться от Bayer технологий в земледелии

ФАС добилась согласия на передачу России современных технологий по селекции

Forbes
Чистый тяжелый металл Чистый тяжелый металл

Как производят слитки драгоценных металлов

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
Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
Му-музыка и небо в алмазах Му-музыка и небо в алмазах

В Театре наций состоялась премьера «Му-Му» в постановке Дмитрия Крымова

СНОБ
Когда погаснет БАК Когда погаснет БАК

Мегапроекты, которые придут на смену Большому адронному коллайдеру

Популярная механика
Печальный итог. Почему в России нет денег и реальных успехов в экономике Печальный итог. Почему в России нет денег и реальных успехов в экономике

Готова ли российская экономика противостоять новым геополитическим вызовам?

Forbes
Ради тишины и чистоты Ради тишины и чистоты

Корабли на электричестве покоряют фьорды Норвегии

Популярная механика
Следствие ведет... Следствие ведет...

Елизавета Боярская исполнила главную роль в новом сериале «Ворона» на НТВ

OK!
Инфекция жизни Инфекция жизни

Направленная панспермия в вопросах и ответах

Популярная механика
Звезды, которые Звезды, которые

Когда в рекламе говорят, что благодаря этим таблеткам похудела любимая звезда!

Cosmopolitan
Ударные стройки науки Ударные стройки науки

Национальный научный фонд (NSF) опубликовал детальную статистику за 2016 год

Популярная механика
Формула против Серого Формула против Серого

Почему единственный русский гонщик «Формулы‑1» беспокоится о фигуре

GQ
Механик в аду Механик в аду

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

Популярная механика
«Я жалею, что не сделала грудь раньше»: личный опыт мамы двоих детей «Я жалею, что не сделала грудь раньше»: личный опыт мамы двоих детей

10 шагов к красивой груди

Cosmopolitan
Открыть в приложении