XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Мир на пороге очередного квантового прорыва. Первый квантовый компьютер будет мгновенно выполнять задачи, на которые самое мощное современное устройство сейчас тратит годы. Что это за задачи? Суперпозиция кубитов, как люди научились находить оптимальное решение, не перебирая триллионы вариантов? 

Быстро и эффективно выполнять большое количество задач позволило развитие электронных вычислительных машин — компьютеров. А поэтапное уменьшение их размеров и стоимости (в связи с массовым производством) позволило попасть компьютерам в каждый дом. С возникновение интернета потребность от компьютерных систем, в том числе и для коммуникации, стала необходимостью.

Зависимость увеличивается, ежегодно растут вычислительные мощности, но пришло время признать, что, несмотря на свои грандиозные возможности, компьютеры оказались не в состоянии решить все задачи, которые мы перед ними ставим. Так чем же отличается транзисторный процессор от квантового?

Стандартный процессор пользуется в своих действиях бинарным кодом. Компьютерные биты могут прибывать исключительно в одном состоянии – использовать логическое значение 0 или 1. В то время как квантовый компьютер оперируют кубитами, которые используют логическое значение 0, 1, 0 и 1 – это и называется принципом суперпозиции (к примеру, в макромире – это выглядело бы как , одновременно, и открытая ,и закрытая дверь в комнату), на первый взгляд – бессмыслица, однако для выполнения определённого cпектра задач они будут иметь грандиозное преимущество в сравнении со стационарными компьютерами.

Ещё в 1965 году Гopдoн Муp говорил, что за год количество транзиcторов, помещающихcя в кремниевом микрочипе, возpастёт вдвое. Этот темп пpогресса в поcледнее время замедлился, и удвоение происходит реже – раз в два года. Такими образом, уже в ближайшем будущем транзисторы достигнут размеpов с атом. Далее – рубеж, который не представляется возможным преодолеть. С точки зрения физического стpоения транзистоpа он не может быть меньше атомарных величин. Увеличение габаритов чипа проблему не снимает. Работа транзисторов связана с выделением тепловой энергии, и процессорам необходима качественная система охлаждения. Многоядерное построение архитектуры не решает проблему дальнейшего роста. Достижение вершины в развитии технологии нынешних процессоров произойдёт в скором времени.

Иная особенность, которую имеют в распоряжении квантовые компьютеры, это возможность квантового вычисления быстро подбирать нужный код или шифр. Стационарный компьютер выполняет решение математической оптимизации последовательно, перебирая варианты друг за другом. Квантовый же конкурент использует сразу весь массив данных, моментально выбирая более подходящие варианты за крайне короткое время. Банковские операции будут расшифрованы в моментально, что нынешним компьютерам недостижимо.

Однако у банковского сектора нет повода для переживаний - его тайну защитит метод квантового шифрования с парадоксом измерения. При попытке взломать код передаваемый сигнал будет искажен. И добытая информация будет бессмысленна. Секретные службы, шпионаж для которых – обычное дело, заинтересованы в возможностях квантовых вычислений.

Но есть ряд сложностей, при которых квантовый бит будет бесконечно долго прибывать в состоянии суперпозиции.

Каждый кубит представляет собой микропроцессор, который работает на принципах сверхпроводимости и законах квантовой механики.

Возле элементной базы логической машины создаётся целый ряд уникальных условий окружающей среды:

• оборудование для теплоотвода и гашения вибраций;

• оборудование для защиты от магнитного и электрического излучения (Необходимо снижение воздействия этих факторов в 50 тысяч раз);

• температура -269,98 градусов по Цельсию;

• разрежение воздуха ниже атмосферного давления в 100 миллиардов раз.

Малейшее отклонение окружающей среды вызывает моментальную потерю кубитами состояния суперпозиции, что вызывает сбои в работе.

Всё вышеописанное можно было бы считать воспалением разума писателя фантастических рассказов, если бы компания Google вместе с NASA не приобрела у канадской исследовательской корпорации квантовый компьютер D-Wave, процессор которого содержит 512 кубитов.

Однако до сих пор инженеры не могли предоставить доказательства, что он действительно работает с использованием явлений квантовой суперпозиции и квантовой запутанности. В Google заявили, что необходимые доказательства были получены. По словам исследователей, в ходе тестов D-Wave получилось решить поставленную задачу со скоростью 100 млн раз более высокой, чем традиционной вычислительной машиной с одним процессором. Но даже если заявленные результаты подтвердятся, отмечает MIT Technology Review, они могут служить лишь частичным доказательством возможностей D-Wave, так как если бы в тестах Google традиционный компьютер использовал иные алгоритмы, но бы выполнил задачу лучше.

Напомню, по мнению MIT Technology Review, до создания полностью исправной рабочей версии квантового компьютера – осталось ждать около 5 лет. Как говорил один не безызвестный оперуполномоченный Дмитрий Пучков: «Будем посмотреть…», ведь это обещает большой технологический скачок, для всего человечества.

Список литературы

Интернет источник:

Сет Лоид, Programming the Universe,Mar 13, 2007 | 256 Pages. URL: https://www.penguinrandomhouse.com/books/102977/programming-the-universe-by-seth-lloyd/

Книга: Richard Phillips Feynman. QED: The Strange Theory of Light and Matter.Страниц: 192.

Код для цитирования: Скопировать