Всего несколько десятилетий назад невозможно было представить, что в нашей жизни появится такое количество компактных гаджетов, способных решать сложнейшие задачи. У любого среднестатистического студента есть, как минимум, ПК и телефон. А что будет в будущем? Оказывается, следующей прогнозируемой революцией в науке и технике станет использование квантовых компьютеров.
Сборка процессора квантового компьютера D-Wave Two
©D-Wave Systems http://www.dwavesys.com
Механизм
Одна из самых острых проблем современности – проблема обработки и хранения данных. Возможный вариант развития – использование кубитов – квантовых носителей информации. Классический бит – это нечто, принимающее значение строго нуля или единицы (например, магнит, направленный либо вверх, либо вниз).Кубит, в свою очередь, не двоичен, а, скорее, четверичен в силу подчинённости законам квантовой механики, которые радикально отличаются от законов классической физики. Он способен существовать не только в состоянии, соответствующем логическим нулю или единице, но также в их суперпозиции. При этом указываются коэффициенты, представляющие вероятность каждого из состояний. Это кажется противоестественным, потому что наш жизненный опыт основан на явлениях, управляемых классической физикой, а не квантовой. Кубиты можно создавать на основе спинов молекул, дефектов в кристаллах, фотонов, квантовых точек (полупроводников, носители заряда которых ограничены в пространстве по всем трём измерениям). Аналогом кремния в квантовом компьютере является алюминий, так как это основной материал для создания кубитов.
На компьютерах обычного типа ряд задач решить невозможно. Квантовые устройства будут справляться с большим числом проблем и выполнять гораздо быстрее те или иные операции. Например, с разложением большого числа на простые множители они справятся в 10^10 раз быстрее сегодняшних машин. Именно эта задача заложена в основе защиты банковских карт от взлома. Такой компьютер сможет расшифровать любые секретные коды.
Историческая справка
Идея квантовых вычислений была предложена Юрием Маниным и Ричардом Фейнманом ещё в начале 1980-х годов. «Реальность подчиняется квантовым законам.Было бы естественно моделировать её с помощью компьютера, построенного из квантовомеханических элементов», – считал Фейнман. Уже в 1985 году Дэвид Дойч предложил конкретную математическую модель квантовой машины.
Работа над частью квантового компьютера D-Wave
©D-Wave Systems http://www.dwavesys.com
Современность и перспективы
Квантовая физика сейчас является наиболее важным направлением в науке. 13 июля 2015 года на третьей Международной конференции по квантовым технологиям в Москве руководитель научной группы Квантового Центра, профессор университета Карлсруэ (Германия), руководитель лаборатории МИСиС Алексей Устинов сделал следующий вывод: «Квантовый компьютер – это уже реальность, поэтому сейчас физикам пора идти домой, а инженерам прийти и строить такие устройства». Открытия в этом направлении происходят регулярно. Так, 22 августа компания «D-Wave Systems» анонсировала выпуск нового квантового компьютера D-Wave 2X и сообщила, что производительность устройства в 600 раз превышает аналогичный показатель обычных компьютеров. D-Wave 2X является третьим квантовым компьютером, созданным компанией, и содержит 1000 кубитов – в два раза больше, чем предыдущая модель. Стоит отметить, что речь идёт только об ограниченных вариантах полноценно работающего устройства, являющегося гипотетическим на данный момент. Сегодня Россия отстаёт от стран Запада в области физической реализации квантового компьютера, так как у нас основной упор идёт на глубокое теоретическое исследование данного вопроса. К примеру, в этом году учёные создали первый в России сверхпроводящий кубит.
Чтобы приблизить использование столь быстрого компьютера, стоит усердно и с энтузиазмом учиться нам, студентам. Кто знает, быть может, именно выпускники МИЭТа смогут внести существенный вклад в создание и усовершенствование квантового компьютера!
Леонид Недашковский