Подписаться на новости SCDAILY 

  • Julia Borisova

Когда квантовые компьютеры изменят нашу жизнь?

Пост обновлен февр. 5

Лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман был первым, кто предположил, что потрясающие свойства квантовой механики можно использовать для создания нового типа компьютеров. Почти 40 лет спустя и спустя десятилетие значительных успехов в развитии квантовых технологий и даже после заявления компании Google, что их компьютер доказал «квантовое превосходство», - нам все еще проще описать потенциальную важность квантовых технологий, чем объяснить, как это работает.



"Суперкомпьютеры"

Понимание квантовой механики, чьи принципы лежат в основе квантовых компьютеров, все еще является чем-то трудно достижимым для человеческого разума. Как, например, задача про кота в коробке, который может быть жив, а может быть мертв.


Исполнительный директор компании Microsoft Сатья Наделла называет квантовые вычисления – одной их трех инновационных технологий, которые радикально изменят мир, наряду с искусственным интеллектом и дополненной реальностью. В долгосрочной перспективе, переход к квантовым вычислениям от вычислений на современных суперкомпьютерах будет сравним с переходом от абакуса к калькулятору.


Кто занимается созданием квантовых компьютеров?


Канадская компания D-Wave Systems Inc. Стала первой в мире компанией, продавшей свой квантовый компьютер в 2011 году, хотя его практическая польза ограничена некоторыми видами математических задач. Другие компании, такие как International Business Machines, Alphabet Inc.’s Google, Intel и Rigetti Computing также создали рабочие квантовые компьютеры. Компания Intel начала поставлять квантовые микросхемы на сврехпроводниках исследователям. Microsoft также имеет свою хорошо финансируемую программу по созданию квантового компьютера, который может стать более коммерчески пригодным, чем уже созданные. Тем временем, Китай строит Национальную лабораторию квантовой информатики стоимостью 10 миллиардов долларов. Что с квантовыми технологиями в России? Читайте в нашей статье.


Как работает квантовый компьютер?


Квантовый компьютер, как и обычный компьютер использует крошечные микросхемы для вычислений. Но в основе квантовых технологий лежат два явления – суперпозиция и запутанность. Обычные компьютеры используются для обработки информации биты, которые могут принимать одно из двух возможных состояний – 0 или 1. Квантовые компьютеры используют так называемые кубиты, которые могут принимать одновременно и значение 0, и значение 1. То есть два кубита могут соответствовать четырем значениям одновременно (00,01,10,11), а три кубита позволяют отобразить 9 значений и так далее. Это и есть принцип суперпозиции.


Что такое квантовая запутанность?


Разрабатывая обычный компьютер, инженеры потратили много времени, чтобы статус каждого отдельного бита не зависел от значения других битов. Но в квантовом компьютере, каждый кубит влияет на другие кубиты вокруг него, работая вместе, чтобы получить результат. Суперпозиция и запутанность – это два основных феномена, которые позволяют квантовым компьютерам обрабатывать гораздо больше информации в единицу времени.


Почему квантовый компьютер быстрее?


Задачи шифрования или составления структуры молекул требуют перебора миллионов возможностей. Обычный компьютер электрически кодирует информацию в битах. И для нахождения правильного ответа ему требуется перебрать все возможны ответы друг за другом последовательно, что может занять очень много времени, особенно для комплексных задач.

Квантовый компьютер рассматривает все возможности одновременно, поскольку кубиты одновременно принимают значение и 0 и 1. Это позволяет гораздо быстрее найти правильный ответ.


Как «сделать» кубит?


В теории все, что проявляет квантовые механические свойства и чем можно управлять, может использоваться в качестве кубита. IBM, D-Wave и Google используются крошечный петли сверхпроводящей проволоки, другие компании используют полупроводниковые материалы, есть компании, которые используют комбинацию обоих. Некоторые ученые создали кубиты, управляя ионами в ловушках, излучением фотонов или спинов электронов. Большинство из этих подходов требуют специализированных условий, таких как экстремально низкие температур.


Когда мы сможем приобрести квантовый компьютер?


В ближайшее время обычный пользователь вряд ли сможет приобрести и воспользоваться квантовым компьютером по двум причинам. Во-первых, пока квантовые компьютеры могут быть полезны лишь в некоторых узкоспециализированных областях. И даже несмотря на то, что «квантовое превосходство» было достигнуто, задачи, которые выполнил квантовый компьютер, полезны лишь в некоторых областях математических проблем, которые важны в химии и физике. То есть это далеко не «универсальный» квантовый компьютер для обычного пользователя.


Другая проблема заключается в огромном количестве ошибок. Ученым пока удалось удержать кубиты в квантовом состоянии несколько долей секунды, этого не хватает для выполнения всего алгоритма. Как только кубиты выпадают из квантового состояния, накапливаются ошибки в вычислениях. Эти ошибки приходится корректировать, добавляя новые кубиты. В теории компания Microsoft может создать более интересный для обычного пользователя квантовый компьютер, но они пока далеки даже от создания одного единственного рабочего кубита.


Все новости квантовых технологий читайте тут.