Практические квантовые компьютеры.

MIT Technology Review иронизирует: мол, вот уже который год хотим наречь квантовый компьютер одним из самых многообещающих проектов и каждый раз понимаем, что рано.

Этот год не исключение: в этот раз издание говорит, что до создания квантового компьютера осталось около 5 лет, хотя за минувший год случился большой прогресс в сфере его разработки.

Так чем же отличается обычный процессор от квантового?

Обычный процессор оперирует в своих действиях бинарным кодом. Компьютерные биты могут находиться только в одном состоянии – иметь логическое значение 0 или 1. Квантовые же компьютеры оперируют кубитами, которые могут иметь логическое значение 0, 1, 0 и 1 сразу – это принцип суперпозиции (к примеру, в макромире – это выглядело бы следующим образом: дверь в комнату закрыта, и в то же время открыта), с точки зрения здравого смысла – полная бессмыслица, но для решения определённых задач они будут иметь многомиллионное преимущество по сравнению с традиционными вычислительными машинами. А процесс измерения состояния частицы приводит к исчезновению суперпозиции. Что характерно - полученное измерением знание о состоянии частицы отличается от реального состояния частицы до проведения замеров.

Для чего всё это нужно?

Ещё в далёком 1965 году Гордон Мур говорил, что за год количество транзисторов, вмещающихся в кремниевом микрочипе, увеличивается вдвое. Этот темп прогресса в последнее время замедлился, и удвоение происходит реже – раз в два года. Такими темпами, уже в ближайшем будущем транзисторы достигнут размеров с атом. Дальше – рубеж, который переступить невозможно. С точки зрения физического строения транзистора он никак не может быть меньше атомарных величин. Увеличение размеров чипа проблему не снимает. Работа транзисторов связана с выделением тепловой энергии, и процессоры нуждаются в качественной системе охлаждения. Многоядерная архитектура также не решает вопрос дальнейшего роста. Достижение пика в развитии технологии современных процессоров произойдёт уже скоро.

Новый подход в процессе вычислений позволит работать с огромными массивами данных и выполнять моментальные вычислительные операции. Он создаст предпосылки для грандиозных научных открытий во всех отраслях. Медицина решит многие проблемные вопросы, которых накопилось в последнее время довольно много. Станет возможным диагностика раковых заболеваний на более раннем этапе заболевания, чем сейчас. Химическая промышленность сможет синтезировать продукты с уникальными свойствами.

Прорыв в космонавтике так же не заставит себя ждать. Полёты к другим планетам станут таким же обыденным действием, как и ежедневные поездки по городу. Потенциал, который заложен в квантовых вычислениях, безусловно, преобразит нашу планету до неузнаваемости.

Другая отличительная особенность, которой обладают квантовые компьютеры, это способность квантового вычисления быстро подобрать нужный код или шифр. Обычный компьютер выполняет решение математической оптимизации последовательно, перебирая один вариант за другим. Квантовый конкурент работает сразу со всем массивом данных, молниеносно выбирая наиболее подходящие варианты за беспрецедентно короткое время. Банковские операции будут расшифрованы в мгновение ока, что современным вычислительным машинам недоступно.

Однако банковский сектор может не переживать - его тайну спасёт метод квантового шифрования с парадоксом измерения. При попытке вскрыть код произойдёт искажение передаваемого сигнала. Полученная информация не будет иметь никакого смысла. Секретные службы, шпионаж для которых – обычное дело, заинтересованы в возможностях квантовых вычислений.

Но есть определённые сложности в создании условий, при которых квантовый бит сможет бесконечно долго находиться в состоянии суперпозиции.

Каждый кубит представляет собой микропроцессор, который работает на принципах сверхпроводимости и законах квантовой механики.

Вокруг микроскопических элементов логической машины создаётся целый ряд уникальных условий окружающей среды:

• температура -269,98 градусов по Цельсию;

• система защиты от магнитного и электрического излучения (Необходимо снижение воздействия этих факторов в 50 тысяч раз);

• система теплоотвода и гашения вибраций;

• разрежение воздуха ниже атмосферного давления в 100 миллиардов раз.

Небольшое отклонение окружающей среды вызывает мгновенную потерю кубитами состояния суперпозиции, что приводит к сбою в работе.

Всё вышеописанное можно было бы отнести к творчеству воспалённого разума писателя фантастических рассказов, если бы компания Google совместно с NASA не приобрела у канадской исследовательской корпорации квантовый компьютер D-Wave, процессор которого содержит 512 кубитов.

Исследователи Квантовой лаборатории искусственного интеллекта Google и NASA объявили, что квантовый компьютер D-Wave, которым они располагают, действительно работает. Об этом сообщил директор Google по инжинирингу Хартмут Невен в своем посте.

Однако до сих пор инженеры не могли предоставить доказательства, что он действительно функционирует с использованием явлений квантовой суперпозиции и квантовой запутанности. В Google заявили, что такие доказательства были получены. По словам исследователей, в ходе тестов D-Wave удалось решить поставленную задачу со скоростью 100 млн раз более высокой, чем традиционному компьютеру с одним процессором.

Но даже если заявленные результаты подтвердятся, отмечает MIT Technology Review, они могут служить лишь частичным доказательством возможностей D-Wave, поскольку если бы в тестах Google традиционный компьютер использовал другие существующие на сегодняшний день алгоритмы, он мог бы выполнить задачу лучше.

Напомню, по мнению MIT Technology Review, до создания полностью рабочей версии квантового компьютера – осталось около 5 лет. Будем надеется, что это действительно так, ведь это обещает большой технологический скачок, для всего человечества.