В гонку квантовых вычислительных систем, которые серьёзно превосходят работающие с бинарным кодом обычные компьютеры, уже включились Google, IBM и Intel. Основные понятия и концепции по-прежнему новой темы разложило по полочкам издание The Next Web.

Квантовые компьютеры производят вычисления на основе квантовых битов, или кубитов.

Кубиты

Для начала нужно понять, что собой представляет кубит. Классические цифровые устройства — компьютеры, ноутбуки, планшеты и телефоны — также называют «двоичными», потому что их работа основана на коде, состоящем из нулей и единиц.

На двоичном компьютере за обработку данных центральным процессором отвечают транзисторы. Каждый из них может находиться в одном из двух состояний: включен или выключён, при наличии или отсутствии электрического сигнала. Если есть сигнал, то это 1, если сигнала нет, то это 0. А единица информации, которая принимает значение 1 или 0, называется бит.

Квантовые компьютеры вместо битов используют кубиты, которые могут выполнять функции, которые не под силу обычным битам. Кубиты могут не только принимать значение нуля или единицы, но и находиться в двух состояниях сразу. Учёные предполагают, что если не наблюдать за кубитами, то они вращаются, принимая одно из состояний.

Суперпозиция

Способность существовать в двух взаимоисключающих состояниях именуется суперпозицией. Понять это явление можно на примере подброшенной в воздух монеты. Выпадет одно из двух: или орёл, или решка. Именно так «мыслит» классический компьютер. Но пока монета с большой скоростью вращается в воздухе, человеческий глаз не успевает уловить, в каком состоянии она находится: монета существует в двух состояниях сразу.

Суть этого же феномена объяснил знаменитый учёный Шрёдингер в мысленном эксперименте с котом, доказав, что последний может быть жив и мёртв одновременно.

Эффект наблюдателя

По тому же принципу работают кубиты. Согласно связанному с ним эффекту наблюдателя, квантовая частица, за которой следят, может вести себя как волна и изменять состояния. Вселенная ведёт себя по-разному в зависимости от того, наблюдаем мы её или нет. Это, в свою очередь, означает, что квантовые компьютеры на основе кубитов, которые подобны электронам и протонам, могут точно смоделировать элементарные частицы вселенной.

Если наблюдение за квантовыми частицами меняет их состояние, а их использование создаёт дополнительные помехи, то измерять их становится весьма непросто. И чем больше кубитов задействовано в процессе, тем больше количество возможных ошибок.

Эти сложности усугубляются тем, что квантовые процессоры в основном работают при температурах, близких к абсолютному нулю, и требуют чрезвычайно высоких мощностей. На сегодняшний день эффективность квантовых компьютеров не оправдывает средств и усилий, затрачиваемых на их создание и эксплуатацию.

Однако в будущем они могут перевернуть понимание биологии, химии и физики. С их помощью станет возможным осуществлять на молекулярном уровне моделирование действующих во вселенной физических законов, которые пока невозможно воссоздать или изучить.

Квантовое превосходство

The Next Web утверждает, что постепенно квантовые компьютеры докажут свою полезность человечеству. Но здесь есть свои нюансы. Квантовый компьютер даже в 100 кубит, работающий на максимуме своих возможностей, беспрепятственно обойдёт системы безопасности двоичного компьютера. Это возможно благодаря тому, что кубиты могут находиться в двух состояниях сразу и одновременно же подбирать несколько решений к одной задаче, а не следовать двоичной логике алгоритмов. Отдельные кубиты могут параллельно выполнять обе команды во время вращения и выдавать необходимый результат при наблюдении за ними.

Перспективность квантовых вычислений подтверждают достижения технологических гигантов: Google уверена, что её процессор Bristlecone достигнет квантового превосходства уже в этом году, Intel поместила квантовый процессор на кремниевый чип, а IBM построила 50-кубитный квантовый компьютер. Вполне вероятно, что квантовые компьютеры повторят историю суперкомпьютеров IBM: станут компактнее, быстрее, мощнее, и в конечном итоге станут привычными, хотя абсолютному большинству не до конца понятен принцип их работы.

Место солидарности беларусского ИТ-комьюнити

Далучайся!