Скоро у нас будут квантовые компьютеры и множество других квантовых устройств

РБКHi-Tech

Скоро у нас будут квантовые компьютеры и множество других квантовых устройств

Текст Валерий Игуменов

Квантовую механику трудно понять не только потому, что она очень сложна, а еще и потому, что она противоречит здравому смыслу — обычно принято вспоминать известный пример с одновременно живым и мертвым котом Шредингера. Правда, квантовая механика работает вне зависимости от того, понимает обычный человек ее принципы или нет, и уже через несколько лет мы будем пользоваться новейшими плодами квантовой революции

Эта революция продолжается больше ста лет, и сейчас мы переживаем уже вторую квантовую революцию. Первая подарила нам полупроводниковые триоды, интегральные схемы, лазеры, магнитно-резонансные томографы, CD, флеш-память, лидары и многие другие устройства, работа которых построена на принципах квантовой механики. Первая квантовая революция дала нам и компьютеры, работающие как раз на полупроводниковых триодах и интегральных схемах, которые мы обычно называем транзисторами и микрочипами.

Квантовый компьютер должен стать главным чудом второй квантовой революции, которая продолжается уже несколько лет. Объяснить его главное отличие от классического не очень сложно: обычный компьютер использует для обработки информации бинарный код, то есть бит, минимальная единица информации в классических компьютерах, может находиться в одном из двух состояний — 0 или 1. Минимальная единица информации в квантовом компьютере — квантовый бит, или кубит, — способна одновременно находиться во всех возможных состояниях, в том числе быть 0 и 1 одновременно (до тех пор, пока мы его не наблюдаем). Эта способность называется квантовой суперпозицией, именно в эту квантовую суперпозицию помещал своего кота Эрвин Шредингер.

Как и во всем, что связано с квантовой физикой, это неполное, упрощенное и на самом деле не особенно понятное объяснение принципа работы квантового компьютера. Главное, что стоит запомнить будущим пользователям подобных устройств, — суперпозиция позволит квантовым компьютерам решать определенный тип задач быстрее обычных компьютеров. Насколько быстрее?

В декабре 2015 года Google тестировал адиабатический компьютер D-Wave 2X, работающий по так называемому принципу квантового отжига. Придуманную для теста задачу он решил в 100 млн раз быстрее, чем обычный одноядерный процессор, говорил директор инженерного подразделения Google Хартмут Невен. Google, который совместно с HASA купил три из десяти проданных на рынке компьютеров производства канадской D-Wave (последняя модель стоит $15 млн), использует их для экспериментов и расчетов новых алгоритмов.

Конечно, это был не совсем честный тест: для него придумали именно такую задачу, с которой D-Wave 2X справится настолько лучше, чем обычный ноутбук. К тому же компьютеры канадской компании способны решать только один тип задач, их нельзя перепрограммировать, а ученые спорят, можно ли вообще считать компьютеры D-Wave квантовыми. И уж точно это не «универсальные квантовые компьютеры», тот Святой Грааль квантовой механики, который еще предстоит создать. Но они уже работают над практическими задачами.

Один из последних покупателей компьютеров D-Wave, концерн Volkswagen, использует квантовые вычисления для решения проблемы с пробками в Пекине, рассказали в D-Wave. Компании разработали алгоритм для подбора оптимального маршрута из центра до аэропорта для службы такси. Алгоритм, запущенный на компьютере D-Wave, справился с задачей менее чем за секунду, тогда как обычному компьютеру на ее решение потребовалось около 45 минут, сообщили журналу РБК в D-Wave. Команда Volkswagen попытается применить тот же алгоритм для прогнозирования пробок в Барселоне, рассказали в канадской компании.

Еще одна задача, с которой квантовые компьютеры справляются гораздо быстрее обычных, — факторизация, разложение чисел на простые множители. Эта их способность позволяет взламывать любые современные криптографические системы с открытым ключом. Это ставит под угрозу защищенные линии связи и зашифрованные сообщения или, к примеру, блокчейн с его цифровыми подписями. Обычные компьютеры тоже способны взламывать сложные шифры, просто им для этого нужно очень много времени, многие годы, тогда как квантовые компьютеры решают эти задачи за минуты. Теоретически. К счастью для правительств и держателей биткоинов, полноценных квантовых компьютеров пока не существует.

Квантовое превосходство

Большинство современных квантовых компьютеров — как правило, их разновидность под названием «квантовые симуляторы» — расположены в лабораториях научных центров, университетов и крупных ИТ-корпораций вроде IBM, Intel и Microsoft. Это очень громоздкие, нестабильные и капризные устройства, функционирование которых может нарушить даже проехавший в километре трамвай, а чипы с кубитами приходится замораживать до температуры, близкой к абсолютному нулю. Сейчас работа на квантовых компьютерах скорее напоминает физические эксперименты, но все может измениться очень быстро, потому что в этой области все уже меняется очень быстро.

Современный этап развития квантовых компьютеров многие сравнивают с этапом, на котором обычные компьютеры находились в конце 1940-х — начале 1950-х годов, когда эти устройства занимали целую комнату и потребляли электричество в гигантских объемах. Еще в начале 1990-х годов идею квантовых компьютеров никто не воспринимал всерьез даже в научных кругах, рассказал журналу РБК профессор Гарвардского университета Михаил Лукин. В середине 2000-х Лукин не решился заняться созданием такого устройства: подобный проект выглядел слишком рискованным. А летом 2017 года команда Лукина объявила о создании симулятора квантового компьютера на 51 кубит, команда Мэрилендского университета — на 53 кубита, команда IBM — на 56 кубитов.

Фрагмент 50-кубитного квантового компьютера, созданного корпорацией IBM осенью 2017 года

При этом IBM планирует запустить «универсальный» квантовый компьютер в 2018 году и уже выложила свой нынешний работающий прототип в облако, где можно попробовать работать на квантовом компьютере. Intel через десять лет обещает добиться мощности своего компьютера в 1 млн кубитов, говорит директор по квантовому оборудованию Intel Джим Кларк.

Вероятнее всего, квантовые компьютеры не заменят обычные — по крайней мере так сейчас считают их разработчики. Профессор Токийского технологического института Хидетоси Нисимори в одном из интервью сравнил квантовые компьютеры с очень мощными гоночными машинами: из того, что они показывают лучшие результаты на специальном треке, не следует, что все мы завтра купим такие машины и начнем ездить на них на работу или за покупками. Скорее они будут встраиваться в одну цепочку с классическими компьютерами там, где это нужно, и это уже происходит. Практически все действующие квантовые симуляторы являются гибридными установками, части которых управляются обычными компьютерами.

Но квантовые вычисления — это пока настолько передовой край науки, что пока никто не может сказать точно, как будут выглядеть квантовые компьютеры ближайшего будущего, что они будут уметь и будут ли квантовые процессоры работать в наших телефонах или ноутбуках. В одном сходятся ученые и сотрудники корпораций — в ближайшие пять-десять лет квантовых компьютеров вокруг нас будет все больше, и они будут становиться мощнее. Будет ли достигнуто «квантовое превосходство» — это неправильный вопрос. Правильный вопрос — когда?

Фото: Арсений Несходимов для РБК; из архива пресс-службы компании IBM

O'qishni davom ettirish uchun tizimga kiring. Bu tez va bepul.

Roʻyxatdan oʻtish orqali men foydalanish shartlari 

Tavsiya etilgan maqolalar

«Вторая экономика мира и первый партнер России» «Вторая экономика мира и первый партнер России»

Россия и Китай: как сегодня развивается двусторонняя торговля

РБК
Десять цветов Десять цветов

Самые древние и почитаемые традиционные ремесла – часть культурного кода Мьянмы

Вокруг света
«Двойка» за хорошее поведение «Двойка» за хорошее поведение

BMW M2 Gran Coupe: баварское купе, которое на самом деле седан

Автопилот
Индейка на взлете Индейка на взлете

Российское производство мяса индейки выросло почти на 4%

Агроинвестор
Ушедшее в народ Ушедшее в народ

Как сон мастера картонажа прославил духов Мексики?

Вокруг света
Верни мой каменный топор Верни мой каменный топор

Вновь изобрести технологии каменного века занимательно, но зачем это нужно?

Вокруг света
Революция со счастливым концом Революция со счастливым концом

Рубеж XIX и XX веков отмечен бурными событиями в целом ряде наук

Знание – сила
Ход слоном Ход слоном

Почему та или иная страна становится передовой, а потом вдруг отстающей?

ТехИнсайдер
Кочевая кузница Кочевая кузница

Путешествие в край шаманов за секретами якутских мастеров

Вокруг света
Бурялом Бурялом

Перед ним появилась огромная голова зверя с вытянутой мордой и острыми ушами...

Наука и жизнь
Лингвистические фантомы Лингвистические фантомы

Как в русском языке появляются псевдоанглицизмы

Наука и жизнь
«Сейчас период повышения внутренней эффективности» «Сейчас период повышения внутренней эффективности»

Дмитрий Фосман — о перспективах развития экспорта и работе по привлечению кадров

Агроинвестор
Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика? Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика?

Чем интересна перспектива использования ядерного двигателя в космосе?

Наука и техника
Гладкая мускулатура самолета – электродвигатели Гладкая мускулатура самолета – электродвигатели

Как выглядят авиационные электродвигатели, где установлены и как управляются?

Наука и техника
Когда медицинские практики прошлого у нас в крови… Когда медицинские практики прошлого у нас в крови…

На протяжении почти 2000 лет для лечения болезней использовалось кровопускание

Знание – сила
Авианосцы ВМС Индии XXI века Авианосцы ВМС Индии XXI века

История постройки авианосца «Викрант»

Наука и техника
Керосиновая история Керосиновая история

Жизнь в послевоенном социализме делится на «время керосина» и «время газа»

Знание – сила
Новый поход ветеранов Троянской войны Новый поход ветеранов Троянской войны

Филистимляне и троянцы против египетских фараонов

Знание – сила
Пережившие века Пережившие века

Обережные символы и представления о прекрасном, вшитые в традиционные ремесла

Вокруг света
Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед

Биология в 1900-х годах по темпам своего развития ничуть не отставала от физики

Знание – сила
Водяные козлы – аристократы саванн Водяные козлы – аристократы саванн

«Водяных козлов я часто встречал в восточноафриканской саванне»

Знание – сила
Растениеводы в поисках маржи Растениеводы в поисках маржи

На чем смогут заработать аграрии в 2025 году

Агроинвестор
Неуместные следы и водоплавающий единорог: злоключения Карла Бау Неуместные следы и водоплавающий единорог: злоключения Карла Бау

«Научный» креационизм. Мифы и предубеждения

Наука и техника
Звезды манящие Звезды манящие

Ослепительная вспышка, которой уже некого слепить, миг неуловимый

Знание – сила
Наука в фантастике: эпизоды истории Наука в фантастике: эпизоды истории

Одной из тем обсуждения в научной фантастике ХХ века была космическая экспансия

Наука и жизнь
Учимся понимать наши растения Учимся понимать наши растения

Легко прочитать, как именно надо ухаживать за цветком, но почему именно так?

Наука и жизнь
Жила-была золотая рыбка Жила-была золотая рыбка

Как золотые рыбки из аквариумов угрожают экологии

Наука и жизнь
Техпарад Техпарад

Выстрел «Авророй», космос на 3D-принтере и тактильные виртуальные переживания

ТехИнсайдер
IDеальное преступление IDеальное преступление

Четыре года назад «Популярная механика» опубликовала свой первый кибердетектив

ТехИнсайдер
Фотосинтез — «игра с огнём» для растения Фотосинтез — «игра с огнём» для растения

Каким образом свет «питает» растение и как вызывает химические реакции?

Наука и жизнь
Открыть в приложении