quantum_processor

Квантовые компьютеры. Какие они есть и как повлияют на наше будущее?

Первая концептуальная модель квантового компьютера была создана несколько десятилетий назад, так что это не новая идея. Время от времени в СМИ поступает сенсационная информация о том, что благодаря таким устройствам удалось добиться значительного прогресса в определенной области научных исследований. Но что серьезно представляют собой эти квантовые компьютеры, чем они отличаются от традиционных компьютеров, уже никто не объясняет. И это стоит знать, потому что это одна из отраслей технологий, которая имеет наилучшие шансы на развитие в будущем и определенно повлияет на наше будущее.

Квантовые компьютеры — принцип работы

В традиционных компьютерах на базе процессоров, оснащенных транзисторами, все делается по принципу механического пошагового анализа. Процессор среднего домашнего ПК оснащен несколькими миллиардами транзисторов, единственная способность которых — отличать 0 от 1 (конкретные разности напряжений), то есть информацию в двоичной форме. То, что мы видим как пользователи на экране монитора, — это эффект трудоемкого преобразования огромного количества единиц и нулей и последующего преобразования этих данных в картинку, понятную человеку.

Между тем квантовый компьютер работает по совершенно другому принципу. Вместо работы с битами, он использует кубиты, то есть квантовые биты, которые функционируют в так называемой суперпозиции, где 0 и 1 могут находиться рядом друг с другом одновременно.

Такой компьютер работает в системе квантовых вентилей, в которой кубиты являются элементарными частицами — фотонами.

Этот метод работы, основанный на квантовой физике, полностью меняет метод анализа — системе не нужно решать каждую задачу шаг за шагом, она может вычислять множество задач за один вычислительный цикл, что теоретически может дать ей гигантское преимущество в производительности по сравнению с традиционными компьютерами.

Парадоксально, но современный квантовый компьютер больше похож на электронные мозги 50-60 лет назад — самые мощные из них заполняют целые комнаты, что также бросается в глаза, так это вездесущие катушки кабелей.

Насколько быстрыми могут быть квантовые компьютеры?

О каком масштабе преимущества перед классическими компьютерами мы говорим?

Примером может служить китайский квантовый компьютер Jiuzhang, который за 180 секунд произвел математические вычисления, на которые классический суперкомпьютер (входящий в десятку самых быстрых на Земле, а затем самый мощный в Китае) потратил бы 2,5 миллиарда лет. Такое преимущество перед традиционным компьютером называется квантовым превосходством, и оно действительно может быть впечатляющим. Загвоздка в том, что программное обеспечение и конструкция китайской квантовой машины позволяют использовать ее только для этого конкретного расчета. Однако это показывает потенциал, с которым мы здесь имеем дело.

Еще одна область, в которой квантовые компьютеры могут быстро получить преимущество перед традиционными, — это шифрование информации. Эти машины смогут создавать настолько сложные коды, что с сегодняшней точки зрения их невозможно будет взломать. К сожалению, с той же легкостью, что и при кодировании новых шифров, они ломают старые, основываясь на методах компьютеров нынешнего поколения, и это не очень хорошая новость.

Прежде чем все перейдут на новые шифры, квантовые машины смогут легко взламывать старые.

Для чего мы будем использовать квантовые компьютеры в будущем?

Квантовые компьютеры уже работают в виде облачных сервисов, и IBM даже показала модельный механизм (Q System One), который может работать в подготовленной стерильной лаборатории. Стоимость всего компьютерного рынка этого типа, по данным MarketsandMarkets, в 2019 году составила примерно 100 миллиардов долларов США, а к 2024 году вырастет почти до 290 миллиардов долларов США. Итак, мы имеем дело с динамичным ростом на довольно значительном рынке. Неудивительно, что предлагаемая мощность позволяет использовать эти устройства для решения многих задач, которые можно записать на языке математики и физики.
В настоящее время предсказывается, что квантовое оборудование будет играть наибольшую роль там, где мощность традиционных компьютеров слишком мала, чтобы провести анализ в разумные сроки. В первую очередь это будет медицина — медицинские симуляторы, создание новых поколений лекарств. Это значительно сократит время ожидания для следующих поколений фармацевтических препаратов, а также позволит нам найти эффективные методы лечения многих из сегодняшних неизлечимых болезней.

Квантовые компьютеры также могут оказаться полезными там, где необходимо крупномасштабное планирование — в логистике, проектировании дорожного движения и даже в финансовых потоках в таких учреждениях, как банки или страховые компании.

Все чаще говорят о том, что квантовые компьютеры значительно ускорят развитие искусственного интеллекта — новые алгоритмы будут более эффективными и действенными при обработке информации.