Что такое квантовый компьютер и чем он отличается от классического?
Ученые говорят, что квантовые компьютеры помогут человечество выйти на новый уровень и ускорить развитие многих вещей — от искусственного интеллекта до лекарства от Альцгеймера. А Пока Google и Microsoft спорят, кто же из них достигнет квантового превосходства, давайте разберемся, что же такое квантовый компьютер и стоит ли он таких усилий?
Как работает обычный компьютер: Обычный компьютерный чип использует биты. Они похожи на крошечные переключатели, которые могут быть выключены и равны нулю или включены и равны единице. Каждое приложение, которое вы используете, сайт, который вы посещаете, и фотография, которую вы скачивайте, в конечном итоге состоят из миллионов этих битов в некоторой комбинации единиц и нулей.
Это прекрасно работает в компьютерной вселенной, но мир не так прост. В природе все не только включено или выключено — есть промежуточные состояния. И даже лучшие суперкомпьютеры не очень хорошо справляются с такой неопределенностью.
Как работает квантовый компьютер: Вместо битов квантовые компьютеры используют кубиты. Вместо того, чтобы быть включенным или выключенным, кубиты могут также находиться в так называемой «суперпозиции» — где они одновременно включаются и выключаются, или находятся где-то между этими двумя состояниями.
Возьмите монетку в руки. У нее есть две стороны — орел или решка. Когда вы подбрасываете его, у вас есть шанс, что выпадет как орел, так и решка, а пока монетка в вращается в воздухе, она где-то между ними и может быть любой. Суперпозиция похожа на вращающуюся монету, и именно она делает квантовые компьютеры такими мощными.
Если вы попросите нормальный компьютер найти выход из лабиринта, он попробует каждую дорогу по очереди, пока не найдет нужную. Квантовый компьютер может пройти каждый путь лабиринта сразу. Это может держать неопределенность в его голове.
Другая особенность кубитов называется «запутанностью». Обычно, если вы подбрасываете две монеты, результат одного броска монеты не имеет никакого отношения к результату другой. Они независимы. В запутанности две частицы связаны друг с другом, даже если они физически разделены. Если один поднимается головой, другой тоже будет головой.
Это звучит как магия, и физики до сих пор не до конца понимают, как и почему это работает. Но в области квантовых вычислений это означает, что вы можете перемещать информацию, даже если она содержит неопределенность. Вы можете взять эту вращающуюся монету и использовать ее для выполнения сложных вычислений. И если вы можете собрать воедино несколько кубитов, вы сможете решать проблемы, на решение которых у наших лучших компьютеров уходят миллионы лет.
Что умеют квантовые компьютеры?
Квантовые компьютеры не просто делают вещи быстрее или эффективнее. Они позволят нам делать вещи, о которых мы даже не мечтали без них, и на что не способен даже самый лучший суперкомпьютер. Например, квантовые компьютеры могут ускорить развитие искусственного интеллекта. Google уже использует их для улучшения программного обеспечения беспилотных автомобилей.
Квантовые компьютеры найдут применение везде, где есть большая, неопределенная и сложная система, которую необходимо смоделировать. Это может быть что угодно: прогнозирование финансовых рынков, улучшение прогнозов погоды, моделирование поведения отдельных электронов и даже поиск лекарства от болезни Альцгеймера.
Криптография будет еще одним ключевым приложением. В настоящее время многие системы шифрования полагаются на сложность разбиения больших чисел на простые числа. Это называется факторингом, и для классических компьютеров это медленно, дорого и непрактично. Но квантовые компьютеры могут сделать это легко. И это может поставить под угрозу наши данные. Ходят слухи, что спецслужбы по всему миру уже накапливают огромные объемы зашифрованных данных в надежде, что скоро у них будет доступ к квантовому компьютеру, который сможет его взломать.
Единственный способ дать отпор — это квантовое шифрование. Он основан на принципе неопределенности —- идее, что вы не можете измерить что-то, не влияя на результат. Квантовые ключи шифрования не могут быть скопированы или взломаны. Они были бы совершенно неразрушимы.
Когда я могу получить квантовый компьютер?
У вас, вероятно, никогда не будет квантового чипа в вашем ноутбуке или смартфоне. Теории о квантовых компьютерах появились очень давно, но причина, по которой они так не воплощались в жизнь в том, что они невероятно чувствительны к помехам.
Почти все может выбить кубит из тонкого состояния суперпозиции. В результате квантовые компьютеры должны быть изолированы от всех видов электрических помех и охлаждены до абсолютного нуля — холоднее, чем космос.
В основном они будут использоваться учеными и предприятиями, которые, вероятно, будут иметь к ним удаленный доступ. Уже можно использовать квантовый компьютер IBM через его веб-сайт — с ним можно даже сыграть в карточную игру.
Но у нас еще есть время подождать, пока квантовые компьютеры смогут выполнить все, что обещают. Прямо сейчас лучшие квантовые компьютеры имеют около 50 кубитов. Этого достаточно, чтобы сделать их невероятно мощными, потому что каждый добавленный вами кубит означает экспоненциальное увеличение вычислительной мощности. Но они также имеют очень высокий уровень ошибок из-за этих проблем с помехами.
