в 2007 году прототип квантового компьютера, разработанный командой физиков во главе с профессором Эндрю Уайтом из университета Квинсленда, впервые решил реальную математическую задачу – определил основные делители числа 15

Компьютер дал правильный ответ — «3» и «5». И если результат кажется вам не впечатляющим, то уточним, что «процессором» этого компьютера являлись фотоны в связанном состоянии, а суть эксперимента заключалась не в получении фантастических результатов, а в том, чтобы доказать: квантовый компьютер действительно работает.

Без некоторых пояснений тут не обойтись, так что наберитесь терпения.

Квантовый компьютер, разговоры о котором ведутся с 80-х годов – это вычислительное устройство, основанное на принципах квантовой, а не классической, как современные компьютеры, механики. В основе этой механики лежит квант – неделимая порция какой-либо величины в физике. Что это может означать?

В обычном компьютере информация хранится в битах, которые принимают значения 0 или 1, и за один такт процессор может изменить одно состояние, которое хранят N бит памяти.

Ячейкой хранения информации в квантовом компьютере является квантовый бит, или кубит, который тоже имеет два состояния: 0 или 1. Отличие в том, что кубиты могут одновременно находиться в обоих состояниях (суперпозиция) и менять их тоже одновременно. Это происходит из-за сложнообъяснимого (ели у вас нет докторской степени по квантовой физике) явления квантовой запутанности. Оно означает взаимосвязь двух квантовых систем даже если они разнесены в пространстве: то есть, измерив состояние одной системы, вы узнаете и состояние другой.

Явление суперпозиции, то есть нахождения чего-либо одновременно в двух состояниях, проще всего объясняется на примере «Кота Шрёдингера». Помните? Кот, ящик, ампула с ядом и пока вы не вскроете этот ящик, кот для вас будет одновременно и жив и мёртв.

Так вот, если у вас есть N кубит, каждый из которых имеет 2N состояний, то за счет запутанности можно изменить сразу все 2N состояний – сразу, а не по одному за такт как в обычном компьютере. Вообразить себе это сложно, но можно представить, насколько в перспективе может возрасти скорость вычислений.

Скорость квантового компьютера из Квинсленда была вовсе не фантастической, однако главное с том, что он продемонстрировал свою работоспособность.

 

В 2010 году команда Уайта в сотрудничестве с исследователями из Гарварда с помощью своего квантового компьютера смогла вычислить точную энергию молекулярного водорода. Это еще более весомое достижение, ведь создание точных моделей химических систем – это крепкий орешек для современных суперкомпьютеров. Скажем, обработать приблизительную модель одной молекулы N сегодня еще возможно, но увеличение размеров системы ведет к экспоненциальному росту времени вычислений, и уже вычисление модели N=10 «утопит» самую мощную машину.

То же касается и криптографии. Для систем шифрования с открытым ключом (например, RSA) подбор этого ключа на самом современном суперкомпьютере может занять сотни лет, а квантовый в перспективе будет способен взломать такую защиту чуть ли не мгновенно.

Некоторые специалисты сравнивают современное состояние квантовых информационных технологий с уровнем развития классических компьютеров в 1950-е годы. Так, компьютер Уайта состоит из 2-х кубит, то есть это действительно прототип и до полноценного вычислительного устройства ему еще далеко. Есть информация о компьютерах D-WAVE объёмом 128 кубит, и вроде бы в этом году один из таким компьютеров смог решить задачу нахождения трехмерной формы белка по известной последовательности аминокислот в его составе. Правда, многие исследователи сомневаются, что D-WAVE может вводить все 128 кубит в состояние квантовой запутанности, а значит он не является квантовым.

Так или иначе, даже если до создания полноценного квантового компьютера еще далеко, исследования в этом направлении могут привести к неожиданным полезным открытиям, а значит, должны и будут продолжаться.