Что такое квантовый компьютер?

Квантовые компьютеры – это машины, использующие свойства квантовой физики для хранения данных и выполнения вычислений. Это может быть чрезвычайно полезно для решения определенных задач, где они могут значительно превзойти даже наши лучшие суперкомпьютеры.

Классические компьютеры, к которым относятся смартфоны и ноутбуки, кодируют информацию в двоичных “битах”, которые могут быть либо 0, либо 1. В квантовом компьютере основной единицей памяти является квантовый бит или кубит.

Кубиты создаются с помощью физических систем, таких как спин электрона или ориентация фотона. Эти системы могут находиться в разных положениях одновременно – это свойство известно как квантовая суперпозиция. Кьюбиты также могут быть неразрывно связаны друг с другом с помощью явления, называемого квантовой запутанностью. В результате серия кубитов может одновременно представлять разные вещи.

Например, для классического компьютера достаточно восьми бит, чтобы представить любое число от 0 до 255. Но восьми кубитов достаточно для квантового компьютера, чтобы одновременно представлять все числа от 0 до 255. Нескольких сотен спутанных кубитов будет достаточно, чтобы представить больше чисел, чем атомов во Вселенной.

Именно в этом квантовые компьютеры имеют преимущество перед классическими. В ситуациях, когда существует большое количество возможных комбинаций, квантовые компьютеры могут рассматривать их одновременно. В качестве примера можно привести попытку найти простые множители очень большого числа или оптимальный маршрут между двумя местами.

Однако может возникнуть множество ситуаций, в которых классические компьютеры все равно будут превосходить квантовые. Таким образом, компьютеры будущего могут представлять собой комбинацию обоих типов.

Пока же квантовые компьютеры очень чувствительны: тепло, электромагнитные поля и столкновения с молекулами воздуха могут привести к тому, что кубиты потеряют свои квантовые свойства. Этот процесс, известный как квантовая декогеренция, приводит к сбою системы, и происходит он тем быстрее, чем больше частиц в нем задействовано.

Квантовые компьютеры должны защищать кубиты от внешних помех, либо физически изолируя их, либо охлаждая, либо подавая на них тщательно контролируемые импульсы энергии. Дополнительные кубиты нужны для исправления ошибок, которые закрадываются в систему.

Сейчас есть несколько преспективных разработок квантовых компьютеров:

  1. 10 ноября 2022 года компания IBM представила свой новый квантовый компьютер под названием Osprey, который установил новый рекорд по количеству кубитов – 433. Это в три раза больше, чем у машины Eagle, запущенной в 2021 году.
  2. Китайская научно-исследовательская группа сообщила о разработке программируемой сверхпроводящей квантовой вычислительной системы под названием “Zu Chongzhi 2.1” в Китае. Эта система имеет объем 66 кубит. Она была названа в честь знаменитого китайского математика и астронома эпохи Южных и Северных династий – Цзу Чжунцзы.
  3. Компания Google заявила, что к 2029 году они планируют представить квантовый компьютер с объемом 1 000 000 кубитов, который можно будет использовать в практических целях. Кроме того, представители компании уточнили, что система будет работать с минимальным количеством ошибок, что является важным критерием для успешного использования квантового компьютера. Ранее они представляли квантовый компьютер на 50 кубитов.

Похожие записи