Что такое квантовый компьютер и для чего он нужен?

В начале декабря прошлого года компания Google рассказала о том, что у нее появился новый квантовый чип Willow, а совсем недавно Microsoft сообщила о создании чипа, который "перевернет мир квантовых вычислений". Что такое квантовый компьютер, зачем он нужен и как он изменит нашу жизнь - рассказываем в этом материале.

Эксперты уверены, что появление квантового компьютера дело нескольких лет, а не десятилетий, как считалось ранее, а значит совсем скоро в мире появится вычислительная техника, которой нет равных.

Что такое квантовый компьютер?

Квантовый компьютер - это суперкомпьютер, который, по задумке разработчиков, занимающихся квантовыми вычислениями с 1980х годов, будет работать в миллионы раз быстрее и эффективнее, чем обычные компьютеры. Информация на квантовом компьютере кодируется на квантовых частицах - атомах, ионах и фотонах.

Чем обычный компьютер отличается от квантового?

Обычный компьютер использует двоичный код, который представлен битами. Бит может принимать только одно из двух значений, например, ”да” или ”нет”, ”включить”-”выключить” и так далее.
Единица информации в квантовом компьютере - это квантовый бит или кубит. Кубит может кодировать информацию как обычный бит, а может хранить комбинацию нескольких значений одновременно. Чем больше кубитов, тем больший объем информации можно обрабатывать за минимальное количество времени.
Если говорить простыми словами, то обычный компьютер работает в двухмерном пространстве, тогда как квантовый - в трёхмерном квантовом.
У квантового компьютера, в отличие от обычного, нет памяти и процессора.
Квантовые компьютеры хороши для решения задач высокого уровня, однако вероятность ошибки у него больше, чем у обычного.
Для работы квантового компьютера нужны специальные условия: защита от вибрации, магнитного поля и супер-низкая температура.

Существует ли квантовый компьютер?

Крупнейшие страны, занимающиеся квантовыми вычислениями, в том числе США, Китай, Россия и Европа уже создали свои прототипы квантовых компьютеров. Те компьютеры, которые есть на сегодняшний день, в основном работают менее чем на 100 кубитах, а для их функционирования необходимы особые условия. Технология развивается, однако купить квантовый компьютер обычный пользователь вряд ли сможет в ближайшее время.

© Фото: National Institute of Standards and Technology/общественное достояние

Как работает квантовый компьютер?

Работа квантового компьютера основывается на четырех принципах квантовой механики:

Суперпозиция, состояние, при котором квантовая частица представляет не одну возможность, а комбинацию нескольких.
Запутанность, состояние взаимосвязанности квантовых объектов.
Декогеренция, процесс нарушения или изменения связей квантовых систем.
Интерференция, явление, в рамках которого квантовые состояния взаимодействуют, создавая определенные вероятности.

Для чего нужен квантовый компьютер?

По мнению экспертов, квантовый компьютер кардинально изменит наш мир, благодаря способности обрабатывать колоссальные объемы данных в считанные секунды. Квантовые компьютеры планируют использовать:

для создания и модернизации военных технологий
в сфере финансов
для шифрования данных
в сфере логистики и строительства
для разработки новых лекарств и методов лечения
для решения экологических проблем
для обеспечения безопасности.

Ежегодно крупные корпорации и правительства тратят сотни миллионов долларов на разработку квантового компьютера, однако до сих пор его потенциал полностью не изучен и не подтвержден.

Microsoft и квантовый чип

Когда квантовые компьютеры будут запущены в массовое производство неизвестно, поскольку сама по себе технология далека от совершенства. Чтобы квантовый компьютер мог работать корректно, необходимы тысячи кубитов, которые не так просто изолировать на сверхпроводниках, однако компания Microsoft на днях презентовала решение этой проблемы в виде топопроводника. Топологический сверхпроводник под названием Majorana 1 (Майорана 1), как утверждает компания, сможет создавать до миллиона кубитов на одном чипе, что ускорит производство мощного квантового компьютера.

Читайте нас в