Мы живем во времена технического прогресса, который происходит с бешеной скоростью. Лишь пол века назад с’появились первые комп’компьютеры, а сегодня мы уже говорим о сверхмощные суперкомп’компьютеры.
Квантовый комп’компьютер – это вычислительное устройство, который использует принцип квантовой механики.
Одним из первых, хто почав говорити про використання принципів квантової механіки був знаменитий фізик Ричард Фейнман: еще в 1981 году на конференции он заявил, что на обычных комп’машинах принципиально невозможно точно рассчитать реальную физическую систему. Все дело в ее квантовой природе! Тогда-то в качестве альтернативы Фейнман предложил использовать для расчетов физических систем квантовые комп’компьютеры.
Квантовый комп’компьютер – это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных.
Принцип работы квантового комп’ютера.
Обычным образом (в житейском понимании) квантовые частицы ведут себя так как нам надо, под нашим контролем, якщо ми не контролюємо квантові частинки тут же переходять з певного стану відразу в кілька різних іпостасей. То есть электрон (или любой другой квантовый об’объект) частично будет находиться в одной точке, частично в другой, частично в третий и т. д. Такое состояние электрона, когда он находится сразу в нескольких точках пространства, называют суперпозицией квантовых состояний и описывают обычно волновой функцией, введенной в 1926 году немецким физиком Э. Шредінгером.
Квантовая суперпозиция говорит нам о том, что система с какой-то вероятностью есть во всех возможных для нее состояниях (при этом сумма всех вероятностей, понятно, равна 100% или 1).
Регистры
Обычные комп’компьютеры хранят информацию в ящиках, кожен з яких або має електричний заряд або ні. Каждая такая ячейка соответствует минимальной единицы информации – биту. Бит может быть равен нулю или единице. Хороший пример бита – это выключатель, который включает электролампу. Его значение или 0 (лампа выключена), или 1 (лампа включена). В квантовом комп’windows аналогом бита является кубит (квантовый бит), который благодаря принципу суперпозиции находится в двух состояниях одновременно. Как в классических, так и в квантовых комп’машинах биты или кубиты о’объединенные в последовательности – регистры.
Обычный двухбітовий регистр может хранить 4 значение – 00, 01, 10 или 11, но только одно из них в данный конкретный момент времени. А вот в регистре двухкубітовом одновременно находятся все 4 возможных значения. (Вообще в регистре размером N кубитов одновременно «живут» все возможные 2n значений.)
Что это нам дает?
Быстрый, даже моментальный подбор алгоритмов. Например, у нас есть цифровой пароль с 4 символов. Как будет его взламывать обычный процессор? Простым перебором от 0000 к 9999. 9999 в двоичной системе имеет вид 10011100001111, то есть для его записи нам нужно 14 бит.
Поэтому если мы имеем квантовый ПК с 14 кубитами – мы уже знаем пароль: ведь одно из возможных состояний такой системы и есть пароль! В результате все задачи, которые сейчас круглосуточно решают даже самые лучшие комп’компьютеры, на квантовых системах будут решаться моментально: нужно найти вещество с определенными свойствами? Не проблема, сделайте систему с таким же количеством кубитов, сколько у вас требований к вещества – и ответ уже будет у вас в кармане.
Говоря простыми словами: обычный комп’компьютер создает и подбирает алгоритм для того, чтобы видасти ответ. Квантовый же комп’компьютер имеет уже запрограммированные ответы и моментально ищет правильную.
Возникает вопрос – раз квантовый комп’компьютер может моментально подбирать любые пароли – как защитить информацию? Неужели с приходом таких устройств исчезнет конфиденциальность? Конечно же нет. На помощь приходит так называемое квантовое шифрование: оно основано на том, что при попытке «прочитать» квантовое состояние, он разрушается, что делает любой взлом невозможным.
Однако почему же мы не используем эти комп’компьютеры?
Проблема банальна – невозможность реализовать квантовую систему в обычных домашних условиях. Для того, чтобы кубит мог существовать в состоянии суперпозиции бесконечно долго, нужны крайне специфические условия: это полный вакуум (отсутствие других частиц), температура, максимально близка к нулю по Кельвину (для сверхпроводимости), и полное отсутствие электромагнитного излучения (для отсутствия влияния на квантовую систему). Согласитесь, создать такие условия дома м’мягко говоря тяжеловато, но малейшее отклонение приведет к тому, что состояние суперпозиции исчезнет, и результаты вычислений будут неверными. Вторая проблема – это заставить кубиты взаимодействовать друг с другом – при взаимодействии их время жизни катастрофически уменьшается. В итоге самый максимум на данный день – это квантовые комп’компьютеры с несколькими десятками кубит.
Однако, есть квантовые комп’компьютеры от D-Wave, которые имеют 1000 кубитов, но, вообще говоря, настоящими квантовыми комп’компьютерами они не являются, потому что не используют принципы квантовой запутанности (то есть они не взаимосвязи’вязаные). Поэтому они не могут работать по классическим квантовым алгоритмам: 1, 0, 1та0
Но все же такие устройства оказываются ощутимо (в тысячи раз) мощнее обычных ПК, что можно считать прорывом.
