Квантовый компьютер появится в ближайшем будущем

Еще минуту назад компьютер благополучно работал — и на тебе! Непредсказуемый сбой, процессор бессилен, вы в отчаянии смотрите на синий экран с неутешительной надписью…

Можно надеяться, что нынешние ноутбуки на шаг ближе к списанию в утиль. Ученые из университета Саймона Фрейзера в Канаде научились сохранять квантовую информацию при комнатной температуре в течение 39 минут, побив предыдущий рекорд, равный двум секундам.

Профессор Майк Тевольт (Mike Thewalt) считает это важным шагом на пути к святому Граалю квантовых вычислений. «Это окажет огромное влияние на компьютерную безопасность, на возможность взламывания сверхнадежных кодов, передачу и хранение защищенной информации. Будут найдены решения проблем, с которыми не удается справиться на обычных компьютерах», — уверяет профессор Тевольт.

Квантовый компьютер базируется на квантовых свойствах субатомных частиц, обладающих спином (представляемым в виде вращения частицы в ту или иную сторону). Атомное ядро, помещаемое в магнитное поле, ведет себя как магнитик. Спином частицы можно манипулировать, он может быть направлен вверх или вниз. Если вверх, ему приписывают нуль, если вниз — единицу, и вот эквивалент бита информации. Но квантовый компьютер оперирует кубитами в состоянии суперпозиции, то есть содержащими в себе одновременно несколько нулей и единиц. Каждый элемент производит несколько вычислений одновременно.

Мнение специалиста.

Квантовый компьютер оперирует кубитами, которые, в отличие от обычных битов (принимающих значение 1 или 0) могут находиться одновременно в нескольких состояниях. То есть квантовый компьютер проделывает одновременно огромное количество расчетов, и каждый процесс по-разному считывает их состояние. В теории это звучит впечатляюще. Но на практике мы безуспешно боремся за создание хоть какой-то памяти, не помышляя об организации одновременной обработки любых битов. Два или три десятилетия прошли в беспокойстве по поводу реализации алгоритмов таких вычислений, всё это оказалось безумно тяжело.

Но есть и другие подходы. Так, компания D-Wave имеет чип, который может обрабатывать 512 бит, но он работает по-другому — используя не механизм запутанности, а квантово-механическую неопределенность для поиска решений. Он обладает некоторыми преимуществами перед обычными компьютерами. Но даже тут компьютер нужно тщательно изолировать в гигантском металлическом корпусе, чтобы исключить воздействия со стороны внешних магнитных полей. Охлаждать его надо в гигантском холодильнике — и он всё еще не делает того, что не было бы доступно обычным компьютерам.

Учитывая, что каждый новый шаг в этой области дается с большим трудом, любое новшество — впечатляющий прогресс. Но ждет ли нас квантовый компьютер за углом? Конечно же нет!

Однако пока квантовые системы не в состоянии надежно хранить данные, если не охлаждать их до невероятно низких температур. Поэтому хранение квантовой информации при комнатной температуре до 39 минут — серьезный прорыв. «В теории это означает, что мы проведем свыше 20 млн операций, пока состояние системы деградирует на 1 %».—объясняет Стефани Симмонс (Stephanie Simmons) из Оксфордского университета (Великобритания).

К сожалению, на пути квантовых вычислений еще немало препятствий. Спины 10 млрд ионов фосфора, задействованных в этом эксперименте, были в одном и том же квантовом состоянии. Для выполнения вычислений кубиты должны находиться в различных состояниях. «Надежные и долговечные кубиты могут оказаться очень полезными для тех, кто пытается построить квантовый компьютер. Однако контролируемая передача состояний между ними остается пока еще важнейшей нерешенной проблемой, — говорит Симмонс.