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

Мир-кольцо Мир-кольцо

Земли в форме бублика: добро пожаловать на обруч и пончик

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
Без рулей и элеронов Без рулей и элеронов

Можно ли обойтись без таких привычных элементов самолета, как рули и элероны?

Популярная механика
Порыв есть. С прорывом проблемы Порыв есть. С прорывом проблемы

Есть ли у нас шанс на инновационный импульс?

Огонёк
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Дмитрий Костыгин рассказал, чем опасна харизма для бизнеса Дмитрий Костыгин рассказал, чем опасна харизма для бизнеса

Почему харизматичный лидер может навредить бизнесу

Forbes
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
«Сосисочная королева» и еще 11 удивительных фотографий с конкурсов красоты «Сосисочная королева» и еще 11 удивительных фотографий с конкурсов красоты

Фотоотчеты с конкурсов красоты 20-50-х годов прошлого века

Cosmopolitan
Новая бронетанковая доктрина Новая бронетанковая доктрина

О зарождении новой бронетанковой доктрины

Популярная механика
Потерпите! Потерпите!

Почему иногда терпеть – это очень вредно

Домашний Очаг
Наука о прикосновениях Наука о прикосновениях

Белорусский стартап реализовал технологию передачи тактильных ощущений для VR

Популярная механика
Архитектурный вопрос: как женщины прорываются в «мужскую» профессию Архитектурный вопрос: как женщины прорываются в «мужскую» профессию

В архитектурно-строительном бизнесе становится все больше женщин

Forbes
Удар с небес Удар с небес

Javelin считают наиболее совершенным легким средством против бронетехники

Популярная механика
Будущее Кубы: куда уходит Кастро и как изменится Остров свободы с новым лидером Будущее Кубы: куда уходит Кастро и как изменится Остров свободы с новым лидером

Впервые за 58 лет Кубой будет руководить человек не из семьи Кастро

Forbes
Рисующие роботы Пиндара ван Армана Рисующие роботы Пиндара ван Армана

Может ли робот стать художником

Популярная механика
Ниагарский водопад, США Ниагарский водопад, США

Лютые холода превратили водопадный каскад в набор сосулек

Maxim
Ракетный маневр Ракетный маневр

С S7 Space связывают надежды на развитие отечественной частной космонавтики

Популярная механика
Анна Горозия:«Я не пропагандирую позицию Анна Горозия:«Я не пропагандирую позицию

Анна Горозия о том, каково это — быть женой рэпера

Cosmopolitan
Метательные планеры Метательные планеры

Один из самых молодых видов авиамодельного спорта

Популярная механика
7 способов провести досуг с пользой для мозга 7 способов провести досуг с пользой для мозга

Вы тренируете свой мозг во время этих занятий

Популярная механика
Заплечных дел мастер Заплечных дел мастер

Почти бесконечный боезапас за спиной

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
Картонная инженерия Даниеля Агдага Картонная инженерия Даниеля Агдага

Австралийский художник Даниель Агдаг делает скульптуры из картона

Популярная механика
Письмо главного редактора. Инновация Письмо главного редактора. Инновация

Александр Маленков о перерождении бумажной версии журнала MAXIM

Maxim
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
Лучшие шутки о массовых акциях против Сержа Саргсяна в Ереване Лучшие шутки о массовых акциях против Сержа Саргсяна в Ереване

Шутки на грани мрачного сарказма и радости за бывших соотечественников

Maxim
Нервные клетки не восстанавливаются? Нервные клетки не восстанавливаются?

Может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных

Популярная механика
Безопасный город. Почему жители надежнее видеокамер во дворах Безопасный город. Почему жители надежнее видеокамер во дворах

Влюбить человека в место обходится дешевле, чем убирать мусор

Forbes
Когда лайнер бьет хвостом Когда лайнер бьет хвостом

Авиаинциденты с «тейлстрайком»

Популярная механика
«Я никогда не был по-настоящему богат». О чем говорил миллиардер Араз Агаларов на Forbes Club «Я никогда не был по-настоящему богат». О чем говорил миллиардер Араз Агаларов на Forbes Club

Самое интересное из выступления Араза Агаларова на Forbes Club

Forbes
Открыть в приложении