Как работает квантовый компьютер

Последнее время слова «квантовый» и «компьютер» все чаще можно увидеть вместе. И вроде очевидно, что это очень производительная машина, а как она работает и зачем нужна — толком непонятно. И неудивительно: квантовые вычисления — штука непростая. Не каждый возьмется за объяснения принципа работы такого компьютера простым языком, но мы все-таки попробуем.

Для начала рассмотрим классический компьютер. Будь это ПК, смартфон или даже игровая приставка, — все они проводят вычисления, используя последовательность битов — мельчайших единиц информации, способных принимать всего два значения. Это те самые 0 и 1, из которых состоит вся электронная информация. Таким образом, практически любой современный компьютер работает в двоичной системе счисления, которая, хоть и доказала свою эффективность, на практике ставит нас перед целым рядом ограничений.

Квантовый компьютер работает по совершенно другому принципу. Физические законы субатомного мира куда сложнее тех, что мы изучаем в школе, и это дает простор для творчества ученым. Вместо обычных битов квантовая вычислительная техника использует квантовые биты — кубиты.

Принципиальное отличие бита от кубита в том, что первый может существовать всего в одном из двух доступных ему состояний, а второй может еще как в обоих одновременно (как кот Шредингера), так и в промежуточном. Обычно, для наглядности, это описывают с помощью сферы: если бит может быть только на одном из двух полюсов, то кубиту доступна любая точка сферы.

Ученые решили использовать способность субатомных частиц существовать более чем в одном состоянии одновременно в своих целях, а конкретно — в вычислительных. Нетрудно догадаться, что компьютер, использующий кубиты, будет несравнимо производительней обычного, ограниченного двоичной системой счисления.

Такие квантовые ПК уже существуют. Корпорация Google прошлой осенью использовала квантовый компьютер для решения задачи, с которой обычный суперкомпьютер разбирался бы 10 000 лет! Квантовому аппарату понадобилось всего три минуты. Специалисты IBM не согласились с громким заявлением: они утверждали, что суперкомпьютер справился бы и за пару дней. Но согласитесь, два дня и три минуты — большая разница. Правда никакой практической выгоды, кроме демонстрации возможностей квантового компьютера, подобный эксперимент не принес.

В наших дома эти супермашины появятся не скоро. Они требуют куда более сложной операционной системы, и ничего из того, с чем мы привыкли иметь дело, для них не подойдет. Все придется разрабатывать с нуля. Да и навести порядок в настолько запутанной системе, как куча кубитов, будет совсем непросто.Так что радуемся за успехи ученых, но выкидывать свою электронную технику пока еще рановато.

Смотрите программу «Как это устроено» по будням в 19:25 (мск) на телеканале Discovery.