Квантовый компьютер

«Величайшим достижением человеческого гения является то, что человек может понять вещи, которые он уже не в силах вообразить.»
Лев Ландау

Используя законы квантовой механики, можно создать принципиально новый тип вычислительных машин, которые позволят решать некоторые задачи, недоступные даже самым мощным современным суперкомпьютерам. Сегодня уже созданы прототипы квантовых компьютеров будущего.

Идея использования квантовых вычислений, а как следствие, и квантового компьютера впервые была высказана советским математиком Юрием Маниным в 1980 году, но, к сожалению, особой популярности не приобрела. Истинный интерес к проблеме возник лишь два года спустя, в 1982 году, после публикации статьи американского физика-теоретика Ричарда Фейнмана. Он заметил, что некоторые квантово-механические операции нельзя в точности переносить на классический компьютер, значит, подобные вычисления имеет смысл осуществлять при помощи квантовых операций.

Квантовый компьютер — вычислительное устройство, которое использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных.

Они существуют, но все же...

Уже в 1985 году британский физик- теоретик Дэвид Дойч предложил конкретную математическую модель квантовой машины, но практическая реализация квантовых компьютеров на тот момент оказалась весьма сложной. Идеи начали воплощаться в практику только в 1998 году, но достаточно результативные работы проводятся только в последние десять лет.

Каков же принцип работы квантового компьютера?

Смысл работы обычного компьютера заключается в использовании двоичного кодирования, где наличие определенного значения напряжения принимается за 1, а отсутствие — за 0. Количество информации, выраженное 0 или 1, считается битом. Работа же квантового компьютера связана с понятием спина. Определенное направление спина частицы принимается за 1, а обратное ему—за 0. Это напоминает устройство транзистора. Основной элемент будет уже называться квантовым битом, или кубитом. В качестве него могут выступать фотоны, атомы, ионы, ядра атомов.

Главным условием квантового компьютера является наличие двух квантовых состояний. И если изменение состояния определенного бита в обычном компьютере не ведет к изменению других, то в квантовом компьютере все происходит именно так. Но поскольку таких частиц огромное количество, представьте, во сколько раз возрастет производительность такой машины! И все же создание целостного новейшего компьютера—это пока только гипотеза.

В создании компьютера нового поколения выделяют четыре направления, которые отличаются тем, что именно выступает в роли логических кубитов:

• направление спинов частиц, составляющих основу атома;
• наличие или отсутствие куперовской пары в установленном месте пространства;
• состояния внешнего электрона;
• различные состояния фотона.

Обещанного лет десять ждут

В разработке квантового компьютера очень заинтересованы, прежде всего, различные крупные компании и государства в целом. Ибо это приведет к новым открытиям в области разработки криптографических алгоритмов, а значит, решатся многие проблемы, связанные с банковской системой.

Сообщения будут передаваться с огромной скоростью, и не будет проблем связаться с любой точкой на земном шаре, а возможно, и за его пределами.

Такой компьютер приведет к разрешению многих медицинских проблем, поможет в расшифровке генетического кода.

Физические процессы, составляющие принцип работы квантового компьютера, помогут человечеству выйти за рамки материального мира и, возможно, приоткроют дверь в страну мистических тайн, параллельных миров.

Но все это дело далекого, а может, и не совсем, будущего. Для практического применения пока не создано ни одного квантового компьютера, который бы удовлетворял всем теоретическим условиям. Однако во многих развитых странах разработке квантовых компьютеров уделяется особое внимание, в такие программы ежегодно вкладываются десятки миллионов долларов.

На данный момент наибольший квантовый компьютер составлен всего из семи кубитов. Этого достаточно только для того, чтобы разложить число 15 на простые множители 3 и 5.

Остается добавить, что возможны различные схемы квантовых компьютеров, разработка которых ведется в настоящее время. Однако пройдет еще какое-то время, прежде чем настоящие квантовые компьютеры, наконец, будут созданы.

«Знаешь, очень трудно говорить о квантах на языке, изначально предназначенном для того, чтобы одна обезьяна могла сообщить другой, где висит спелый плод» (Лю-Цзе)