Комп'ютери готуються до квантовому стрибка

Поки світ із захватом чекає презентації чергового iPhone, канадська D-Wave не тільки винайшла, а й продала квантовий комп'ютер, що працює в тисячі разів швидше, ніж звичний нам PC. Поки світ із захватом чекає презентації чергового iPhone, канадська D-Wave не тільки винайшла, а й продала квантовий комп'ютер, що працює в тисячі разів швидше, ніж звичний нам PC

dwavesys.com

Для більшості людей технологія квантових обчислень і раніше залишається чимось з області фантастики, проте розробка канадської D-Wave красномовно свідчить, що майбутнє ось-ось настане. «Фонтанка» вирішила дізнатися у експертів, як квантові комп'ютери змінять наше життя. Розібратися в поплутаних станах нам допоміг фізик-теоретик, співробітник лабораторії квантової інформатики міжнародного інституту фотоніки та оптоінформатікі Університету ИТМО Антон Козубов.

Що таке квантовий комп'ютер і чим він краще звичайного?

Багато хто думає, що квантовий комп'ютер - це наступний крок у розвитку звичного нам PC. Але це не так, тому що працює він на зовсім інших принципах.

У звичайному комп'ютері одиницею зберігання інформації є біт, який може приймати вид нуля або одиниці (у фізичному сенсі, є сигнал чи ні сигналу). Двійковий код використовується для запису інформації, обчислення відбуваються за допомогою арифметичних операцій. Потім дані перетвориться в зрозумілі користувачеві текст, картинку або відео.

У квантовому комп'ютері використовуються квантові біти, або кубіти. Вони знаходяться в так званому суперпозіціонного стані, тобто приймають будь-яке значення від нуля до одиниці з певною ймовірністю. Це означає, що дії можуть проводитися з усіма їх станами одночасно. Звідси перевага в швидкості обчислень. «Як приклад можна привести завдання з пошуку виходу з лабіринту. Звичайного комп'ютера доведеться перебрати всі варіанти, тоді як квантовий бачить відразу все, що істотно прискорює час пошуку оптимального шляху », - пояснює Антон Козубов.

Чи справді D-Wave вдалося створити квантовий комп'ютер?

Сама D-Wave повідомляє, що її новинка в 10 тисяч разів перевищує класичні суперкомпьютори на кремнієвих мікрочіпах. Однак потрібно зробити застереження, що пристрій заточене тільки під одну операцію - так званий «квантовий отжиг». Це означає, що воно дозволяє проаналізувати гігантські масиви інформації і знайти максимальне або мінімальне значення чого-небудь.

«Розробку D-Wave поки не можна назвати універсальним квантовим комп'ютером, так як інші завдання він або не виконує, або виконує не так ефективно, як хотілося б», - говорить Антон Козубов. І тим не менше це важливий прорив. «Створення подібних пристроїв наближає нас до майбутнього, в якому у нас буде можливість впоратися з величезним числом проблем в математиці, фізиці, економіці, медицині та інших сферах сучасного життя, які поки залишаються невирішеними», - зазначає він.

Навіщо взагалі потрібен квантовий комп'ютер? Хто зараз їх використовує?

Квантові обчислення можуть використовуватися скрізь, де для пошуку правильної відповіді потрібно перебрати величезну кількість варіантів. Наприклад, вирішувати задачі квантової хімії і створювати нові ліки, знаходити оптимальні шляхи руху інформації і прискорити роботу Інтернету, моделювати літальні апарати і багато іншого. На багато з цих завдань у звичайних суперкомп'ютерів пішли б роки, тоді як квантовим знадобляться годинник.

Інтерес до нової технології виявляють багато технологічних гіганти. Наприклад, попередню 1000-кубітную версію у D-Wave купили Google і NASA. Нове 2000-кубітное покоління - компанія Temporal Defense Systems, яка спеціалізується на інформаційній безпеці.

Чому ці завдання можна вирішити, просто розвиваючи звичайні комп'ютери?

Сучасні комп'ютери досягли меж розвитку - транзистори настільки малі, що далі зменшувати їх безглуздо, інакше настають небажані квантові ефекти. Це означає, що єдиний спосіб збільшити потужність сучасного суперкомп'ютера в два рази - поставити поруч ще такий же. Зате в квантових пристроях кожен новий кубіт дає дворазове збільшення продуктивності.

Людство знає про кванти з початку XX століття, чому квантовий комп'ютер досі не створено?

Концепція квантових комп'ютерів була запропонована ще в кінці 80-х років британським вченим Девідом Дойчем. Однак до сих пір не ясно, як втілити її фізично. Щоб зробити квантовий комп'ютер, потрібно створити систему з великим числом переплутаних між собою кубіт. Зараз існує кілька ідей, як це можна зробити - наприклад, використовуючи ядра атомів, електрони, фотони, дефекти в кристалах, надпровідники.

За словами Антона Козубова, повноцінним квантовим комп'ютером зможе вважатися пристрій, який зможе виконувати різні квантові алгоритми, наприклад бачити всі варіанти рішення одночасно (алгоритм Дойча), вміти розкладати прості числа на множники (алгоритм Шора), швидко знаходити елемент у великій базі даних (алгоритм Гровера).

Однак поки не вдається створити досить потужний пристрій, яке б дозволило це зробити. Наприклад, квантовий комп'ютер на основі алмазу, який фізики з Нідерландів і США створили в 2012 році, містить всього два кубіта. Розробка IBM - п'ять кубітів.

Чи можу я купити квантовий комп'ютер собі додому? Чи зможу я поставити на нього гру / завантажити відео?

Звичайним користувачам поки доведеться задовольнятися класичними PC. Через принципово іншої архітектури, запустити на квантовому гри і фільми не вийде.

Крім того, розмір цих пристроїв робить їх не дуже зручними в побуті. Якщо сам квантовий процесор не більше нігтя великого пальця, то його захисні системи можуть бути завбільшки з невелику кімнату. Зокрема, D-Wave вказує, що для функціонування її пристрою необхідна система, яка буде підтримувати температуру близько абсолютного нуля (-273 градуси за Цельсієм), а також захищати від впливу електромагнітного випромінювання і можливих вібрацій.

Нарешті, поки квантові комп'ютери - це занадто дорога технологія. Той же D-Wave 2000Q обійшовся першому покупцеві в 15 мільйонів доларів США.

Чи правда, що поява квантового комп'ютера поставить під загрозу надійність банківської системи?

Частка істини в цьому побоюванні є. Один з алгоритмів квантових обчислень (алгоритм Шора) дозволяє розкладати числа на прості множники. Саме цей принцип використовується при захисті інформації - наприклад, щоб отримати доступ до чужого кредитній карті, доведеться розкласти на ряд простих співмножників число довжиною в сотні цифр.

Зараз цей алгоритм вважається надійним, оскільки до того моменту, як класичний комп'ютер знайде рішення задачі, інформація стане застарілою. «Але якщо квантовий навчиться це робити, доведеться задуматися про повну переробленні криптографії», - говорить Антон Козубов. Але поки можна спати спокійно - зараз квантові комп'ютери можуть розкладати лише невеликі числа, і з їх допомогою не можна зламати ваш рахунок.

Крім того, на варту даних встануть системи квантової криптографії. Зокрема, перший покупець D-Wave 2000Q - Temporal Defense Systems - пояснив придбання пристрою бажанням вдосконалювати системи кібербезпеки від нових методів атак.

Хто зараз робить квантові комп'ютери? Як скоро можлива поява аналога D-Wave 2000Q в Росії?

На даний момент універсального квантового комп'ютера не побудовано. Однак розробками в цій сфері займаються багато провідних технологічні корпорації - наприклад, Google, NASA, IBM. Держави теж проявляють інтерес, наприклад Європейська комісія в минулому році заявила про намір вкласти 1 млрд євро в «флагманські квантові технології».

Росія в цьому питанні поки відстає, хоча і прикладає зусилля, щоб надолужити, каже Антон Козубов. Наприклад, в 2015 році співробітники Російського квантового центру, МФТІ, МИСиС та Інституту твердого тіла РАН створили перший в Росії надпровідний кубіт.

Лабораторія петербурзького Університету ИТМО теж займається квантовими обчисленнями. У лабораторії розробляються різні алгоритми і їх застосування до наявних систем квантової комунікації. Крім того, в 2013 році його співробітники створили прототип системи квантової комунікації. Промисловий зразок очікується в кінці 2017 - початку 2018 року. як раніше розповідав «Фонтанці» глава об'єднання Russoft Валентин Макаров, ця технологія передачі даних, заснована на квантових ефектах, зможе знайти застосування в фінансовій сфері, а також в «розумної енергетиці».

Галина Бояркова,

«Фонтанка.ру»

Що таке квантовий комп'ютер і чим він краще звичайного?
Чи справді D-Wave вдалося створити квантовий комп'ютер?
Навіщо взагалі потрібен квантовий комп'ютер?
Хто зараз їх використовує?
Чому ці завдання можна вирішити, просто розвиваючи звичайні комп'ютери?
Людство знає про кванти з початку XX століття, чому квантовий комп'ютер досі не створено?
Чи можу я купити квантовий комп'ютер собі додому?
Чи зможу я поставити на нього гру / завантажити відео?
Чи правда, що поява квантового комп'ютера поставить під загрозу надійність банківської системи?
Хто зараз робить квантові комп'ютери?
© 2008 — 2012 offroad.net.ua . All rights reserved. by nucleart.net 2008