Миллион вычислений в секунду: квантовый компьютер будущего

Обычный или квантовый?

Обычные компьютеры обрабатывают информацию в двоичном коде, где принимаются только 2 значения: или 0, или 1, наименьшая единица информации при этом — бит. 

А квантовый компьютер для решения любых алгоритмических задач использует квантовые биты — кубиты.

Что за кубиты?

Как и бит обычного компьютера, кубит тоже принимает только 2 значения. Но при этом он может быть в суперпозиции: одновременно и 0, и 1. Они не перебирают последовательно все возможные комбинации, как обычный компьютер, а делают вычисления одновременно и за счёт этого почти моментально.

История

Первый 2-кубитный квантовый компьютер создали в 1998 в Калифорнийском университете в Беркли. Через 11 лет, в 2019, Google представил уже 53-кубитный Sycamore, что позволило корпорации заявить о своём квантовом превосходстве. В том же году IBM выпустила первый коммерческий квантовый компьютер.

Зачем это нужно? 

Доступ к сверхбыстрым вычислениям позволит взломать любые шифры. Криптография основана на том, что нельзя быстро разложить число-ключ из 40+ знаков на простые множители. Квантовый справится с этим за секунды. Так, Sycamore от Google за 3 минуты провёл вычисления, над которыми обычный суперкомпьютер бился бы 10 000 лет! 

А ещё зачем?

Квантовые компьютеры отлично подходят для моделирования сложных ситуаций, например, расчёта физических свойств новых элементов на молекулярном уровне.

Вероятностные вычисления помогут разрабатывать новые материалы, создавать новые лекарства, строить оптимальные логистические маршруты и многое другое.

Проблемы

Квантовые компьютеры — это настоящий научный прорыв, но работать с ними пока очень сложно. На разработку уходят миллиарды долларов. А ещё процессор должен быть полностью изолирован от внешней среды: любое вмешательство может разрушить квантовое состояние. Также для него нужна сверхнизкая температура –273°C.

В подобных девайсах нельзя хранить большие объёмы информации — они рассчитаны на вычисления, причём чаще всего для каких-то конкретных задач. Сейчас учёные разрабатывают ещё и универсальные квантовые компьютеры, которые позволят решать более широкий спектр задач.

Ошибки

Вычисления квантовых компьютеров подвержены ошибкам. Чем больше кубитов взаимодействуют друг с другом, тем менее стабильной является система и тем больше будет ошибок. Чтобы избежать их, учёные научились связывать кубиты в логический кубит, где один содержит информацию, а другие позволяют исправлять ошибки.

Разработка

Над разработкой квантовых компьютеров бьются многие страны и компании. Пока лидеры в этой области IBM и Google. В РФ над созданием квантового компьютера работает Российский квантовый центр. Планируется, что отечественный квантовый компьютер будет готов в 2024.