Каждый хочет иметь их. ИТ-гиганты инвестируют в квантовые компьютеры

  1. Компьютеры из других миров
  2. Расчеты на мнимых частицах
  3. От шифров до новых лекарств

Крупнейшие ИТ-компании - от Google и IBM до Microsoft - инвестируют в квантовые компьютеры. Если им это удастся, у нас скоро будет революция среди других в шифровании данных и поиске информации.

Квантовые вычисления революционизируют вычислительные технологии до такой степени, что выпуск ядерной энергии изменил облик энергии и оружия, пишет Джордж Джонсон в книге «Ярлыки по времени». Этот прогноз от 13 лет назад может скоро быть проверен. Работа над квантовыми компьютерами набирает обороты - сегодня компании имеют дело с решениями, основанными на явлениях, которые только исследуются учеными. И успешные испытания прототипа показывают, что есть за что бороться.

Традиционные компьютеры основаны на процессорах, построенных из большого количества кремниевых транзисторов. Их мощность постоянно растет, но они далеки от того, чего может достичь квантовый компьютер. Примером может служить взлом сообщения, зашифрованного с помощью так называемого открытого и закрытого ключа, обычно используемого в Интернете. Лучшие суперкомпьютеры, доступные сегодня, заняли бы десятилетия. Машина, использующая квантовые явления, может с этим справиться за несколько секунд. Нечто подобное - исполнение мечты спецслужб, пытающихся расшифровать сообщения, отправленные террористами.

Компьютеры из других миров

Обычные компьютеры выполняют вычисления по серии битов - нулей и единиц. Квантовые компьютеры используют квантовые биты, то есть кубиты, которые могут принимать оба эти значения одновременно - это называется суперпозиция. Благодаря этому вычислительная мощность растет огромными темпами. По мнению некоторых ученых, это связано с тем, что на самом деле существует множество вселенных-близнецов (создающих вместе так называемую мультивселенную), которые проникают на субатомном уровне. Квантовые компьютеры должны работать во многих таких мирах одновременно.

Однако построить их совсем не просто. Сначала нужно создать кубиты из объектов, подчиняющихся законам квантовой физики - это могут быть, например, электроны. Затем необходимо запрограммировать станок и прочитать результаты расчета. И это проблема, потому что в квантовом мире каждое наблюдение меняет состояние наблюдаемой материи - оно называется декогеренции. Другими словами, читая результаты вычислений, мы одновременно удаляем их - это похоже на то, что наш компьютер перезагружается каждый раз, когда мы смотрим на экран. Точно так же любые изменения, такие как скачки температуры или электромагнитные помехи, создаваемые другими частями компьютера, работают на квантовом процессоре.

Расчеты на мнимых частицах

Исследователи, нанятые Microsoft в исследовательской лаборатории Station Q, нашли способ снизить риск декогеренции. Компьютер, на котором они работают, должен делать вычисления благодаря ENION. Они так называемые квазичастицы, которые появляются в результате взаимодействия между обычными частицами - особенно электронами - при низких температурах. Eniony, как это часто бывает в физике, были впервые изобретены - в 1937 г. Во-первых, до сих пор спорно, доказательства их существования появилось только четыре года назад.

В этой ситуации большинство компьютерных компаний предпочитают ждать дальнейших результатов исследований. Microsoft выбрала другое решение - работают лучшие ученые, занимающиеся квантовыми явлениями. Достаточно сказать, что руководителем станции Q является Майкл Фридман, обладатель медали Филдса - наград для математиков по сравнению с Нобелем.

Энион ведет себя как электрон и антиэлектрон. Его можно обнаружить с помощью прецизионного оборудования, но его нельзя увидеть даже под самым сильным микроскопом. «Квазичастицы не являются материальными, но частицы, созданные во время экспериментов на ускорителях, таких как LHC, не являются. Важно, чтобы enons можно было измерять и использовать для выполнения расчетов », - сказал Алексей Бочаров, математик и специалист по информационным технологиям в Station Q, в интервью журналу Nature.

От шифров до новых лекарств

Конечно, конкурс не спит и работает над другими решениями. Примером является канадская компания D-Wave, которую первый квантовый процессор показал 10 лет назад. Он содержал только 16 кубитов, но это было доказательством того, что такая технология может работать. Последние машины D-Wave имеют более тысячи кубитов, и они используют их, среди прочего Google и NASA (для исследования искусственного интеллекта), Гарвардский университет (для изучения структуры белков) и Lockheed Martin.

D-Wave идет не так, как Microsoft. Кубицы в ее компьютерах - это петли из сверхпроводников, в которых постоянно течет электричество. Квантовая природа такова, что она может течь влево или вправо - и в суперпозиции она может течь в обоих направлениях одновременно. Целое должно быть охлаждено жидким гелием и хорошо изолировано от внешней среды. В противном случае возникают ошибки, которые делают результаты расчетов бесполезными. Таким образом, компьютеры D-Wave по-прежнему являются экспериментальными машинами - они используются для тестирования новых вычислительных методов, а не для реальных расчетов.

Многие компании инвестируют в них сегодня, потому что тот, кто первым научится делать квантовые вычисления, получит огромное преимущество перед конкурентами. Возможность взлома кодов - это только верхушка айсберга. Квантовые компьютеры могут очень быстро искать огромные объемы данных. Они также позволяют моделировать сложные физические или биохимические явления, необходимые для создания новых материалов, моделей изменения климата или лекарств. «Когда первые транзисторы были изготовлены в середине 20-го века, ученые еще не знали, для чего они могут быть использованы. Они, конечно, не прогнозируют, что благодаря им, например, будут созданы смартфоны. Сегодня мы находимся в аналогичной ситуации », - говорит Тодд Холмдал, вице-президент Microsoft, курирующий работу над квантовыми технологиями. Грядущие годы покажут, что еще можно ими использовать.

Грядущие годы покажут, что еще можно ими использовать

© 2013 mexpola.ru