9 важных фактов о квантовых компьютерах, которые помогут вам понять, что это такое

Квантовые компьютеры нужны не для проверки электронной почты или блужданий по интернет-пространству — сфера их применения лежит в области сложнейших физических и математических экспериментов и вычислений. Даже наука пока не представляет себе всех возможностей этого удивительного творения человеческого разума. Вот несколько интересных фактов о квантовых компьютерах.

1. Квантовое волшебство

В мире микроскопических частиц не действуют правила, привычные для объектов, которые мы можем увидеть невооружённым взглядом.

Квантовые частицы могут проявлять совершенно фантастические свойства, например, существовать в двух местах одновременно, путешествовать во времени и даже совершать пространственные скачки, то есть телепортироваться. Учёные исследуют многие из удивительных явлений микроскопического мира, но пока могут объяснить далеко не всё.

2. Никто не знает, что происходит внутри квантового компьютера

Один из основных принципов квантовой механики и науки в целом гласит, что акт наблюдения влияет на развитие событий. Несовершенство измерительной аппаратуры не позволяет корректно исследовать процессы, в которых участвуют элементарные частицы — наблюдение неизбежно приводит к изменению их свойств и полученные при этом данные теряют свою научную ценность.

3. Единица информации в квантовых компьютерах называется кубит

В обычных персональных компьютерах при вычислениях используются биты, которые могут содержать одно из двух значений — ноль или единицу. В компьютере же, использующем принципы квантовой механики, единицей информации служат так называемые кубиты, которые также могут иметь два положения, но есть у них и третье — одновременно 1 и 0.

Это значит, что один и тот же набор кубитов может иметь несколько различных значений, например, два кубита в суперпозиции представляют собой четыре возможные ситуации: 0–0, 1–0, 0–1, 1–1.

4. Квантовый компьютер гораздо производительнее обычного ПК

С помощью квантовых вычислений можно быстро решать проблемы оптимизации, на которые у простого компьютера ушло бы огромное количество времени.

Классическим примером такой проблемы является так называемая «Задача коммивояжёра»: есть множество городов, каждый из которых необходимо посетить, и при этом требуется выбрать кратчайший путь. На прокладку такого маршрута у квантового компьютера уходят считанные секунды, потому что вычислительные единицы могут принимать сразу несколько значений, что позволяет быстро перебрать все варианты решения.

5. Квантовые вычисления могут открыть параллельные Вселенные

Некоторые исследователи говорят о том, что удивительное свойство кубитов иметь несколько положений может послужить ключом для открытия дверей в другие Вселенные.

В теоретической физике существует несколько гипотез о бесконечном количестве альтернативных реальностей, и кое-кому из учёных пришла в голову мысль, что квантовые вычисления заключаются в распределении компонентов сложных задач между параллельными мирами. Это объясняет, как кубиты могут иметь несколько значений одновременно.

6. У квантового компьютера есть кое-что общее с обычным

В поисках оптимального решения задач квантовый компьютер опирается на те же самые математические инструменты, что и обычный ПК. Это касается базовых арифметических операций — умножения, сложения и т. д.

7. Став доступными, квантовые компьютеры совершат революцию в шифровании данных

Кроме задач по оптимизации, квантовые вычисления могут применяться и во многих других целях. Например, в будущем они наверняка перевернут представление о шифровании данных и компьютерной безопасности: квантовые компьютеры будут использоваться для создания кодов, которые практически невозможно взломать, и сверхзащищённых каналов связи.

8. Для нормального функционирования квантовым компьютерам нужен холод

Абсолютный нуль, или 0 К, — это самая низкая температура, которую может иметь физическое тело. При достижении абсолютного нуля атомы прекращают колебания и перестают выделять тепло — такие условия для квантовых вычислений близки к идеальным. Например, внутри квантового компьютера, разработанного компанией D-Wave Systems, поддерживается температура 0,02 К, или -273,13°С.

9. Квантовые компьютеры быстрее, чем вы можете себе представить

Кэтрин Макгиох, профессор университета Амхерста, сравнила скорость обычного компьютера и квантового.

Решив одну и ту же задачу на каждой из машин, она пришла к выводу, что невозможно точно сказать, насколько квантовый компьютер быстрее — скорость решения задачи на том и на другом отличалась в несколько тысяч раз.