Санкт-Петербург

ОБЗОРЫ

Вычислительная революция

 
 

Недавно компания IBM открыла доступ к своему квантовому компьютеру Quantum Experience. Любой желающий, подтвердив статус исследователя, может запускать на нем собственные программы.

Главное преимущество компьютера IBM — в поддержке практически всех основных квантовых алгоритмов, позволяющих проводить сложнейшие вычисления, недоступные классическим компьютерам. Физически IBM Quantum Experience представляет собой микросхему, состоящую из пяти кубитов, элементарных единиц информации, используемых в квантовых компьютерах.

У компьютера D-Wave от Google кубитов целых 1152, и, как сообщается, некоторые алгоритмы ему даются в 180 млн раз быстрее, чем обычному компьютеру. Впрочем,официальные научные круги пока к опытам Google относятся скептически, считая их не совсем корректными.

У России успехи в части физической реализации квантового компьютера несколько скромнее, но они все-таки есть: еще год назад группа ученых из Российского квантового центра (РКЦ), МФТИ, МИСиС и ИФТТ РАН создала первый российский сверхпроводящий кубит — и это один из важнейших шагов на пути создания полноценного квантового компьютера у нас в стране.

НЕМНОГО ТЕОРИИ

Обычный компьютер, работающий на транзисторной логике, оперирует битами — логическими нулями и единицами: бит может быть либо нулем, либо единицей. Кубит — это атом или электрон с определенным магнитным моментом (спином), который тоже кодируется как ноль и единица. Однако, в отличие от бита, кубиту — в силу своей квантовой природы — позволительно, с определенной долей вероятности, быть одновременно и нулем, и единицей, то есть находиться в состоянии той самой суперпозиции (которое так живописно изобразил Эрвин Шрёдингер при помощи приснопамятного кота). Это его свойство позволяет квантовым системам “распараллеливать” сложные вычисления. К примеру, нам нужно просчитать идеальную траекторию полета футбольного мяча для попадания в “девятку” в обход стенки из игроков. Классический компьютер производит последовательные расчеты траектории методом перебора. Квантовый компьютер способен просчитать все возможные варианты одновременно и сразу выдать правильный результат.

КВАНТОВЫЕ РЕАЛИИ

У квантовых алгоритмов вычисления есть, конечно, и вполне практические области применения — например, шифрование данных. Для того чтобы взломать самый совершенный на сегодняшний день криптографический алгоритм RSA, применяющийся для шифрования конфиденциальных данных в интернете (к примеру, банковских транзакций), классическому компьютеру потребуется несколько миллионов лет. Проблема в том, что обычные компьютеры, даже с приставкой “супер”, с трудом раскладывают на множители числа, в которых больше 100 знаков (в RSA — 129). При помощи квантового компьютера можно реализовать алгоритм Шора, который раскладывает большие числа на множители куда эффективнее, то есть, проще говоря, взломать код RSA можно за вполне реальное время.

Как раз шифрование — та область, где применение квантовых вычислений уже приносит практическую пользу. К примеру, этим летом в Москве специалисты Российского квантового центра запустили первую в стране линию квантовой защищенной связи между филиалами Газпромбанка. Технология создана в качестве альтернативы потенциально несовершенному алгоритму шифрования RSA: для передачи данных в квантовой линии связи используются одиночные фотоны, и при попытке считать информацию их состояние необратимо меняется. То есть подключиться к такой линии связи можно, а вот считать информацию нет.

Другой вариант защиты, но уже от взлома при помощи будущих квантовых компьютеров, разрабатывает сейчас Google. Недавно компания запустила эксперимент по использованию так называемой постквантовой криптографии в браузере Chrome. Существующий протокол HTTPS, как и RSA, уязвим перед квантовым алгоритмом Шора. Криптографическая технология New Hope (“Новая надежда”), разрабатываемая Google, должна быть устойчива к квантовым алгоритмам и будет работать “поверх” традиционных веб-протоколов.

ПРОСТЫЕ ЗАПРОСЫ

Возвращаясь к главной теме, можно с уверенностью утверждать одно: существующие квантовые системы пока нельзя называть полноценными квантовыми компьютерами. И IBM Quantum Experience, и D-Wave, и все прочие многокубитные устройства имеют ряд недостатков. Основной — невозможность жесткого управления системой, что связано с определенными трудностями, такими как исправление квантовых ошибок и квантовая декогерентность (нарушение внутренней связи в вычислительной системе — как под действием внешних, так и внутренних, сложно прогнозируемых факторов). Кубиты, а тем более система кубитов, чрезвычайно чувствительны к внешним помехам и воздействиям: на их состояние сильно влияют внешние “шумы”, поэтому оно неустойчиво. Кроме того, процессы считывания и записи информации в кубиты крайне сложны, и отсюда — трудность создания “ловушек” для их хранения. То есть задача ближайшего будущего — создание полностью контролируемого и программируемого квантового компьютера.

Однако даже если считать существующие квантовые вычислительные устройства ранними прототипами, квантовыми квазикомпьютерами, интерес к этой области сейчас весьма пристальный — речь идет в первую очередь о серьезных инвестициях, как частных, так и государственных. Россия, к слову, и здесь старается не отставать: весной Фонд перспективных исследований одобрил проект по развитию технологий квантовых вычислений в рамках коллаборации российских научно-технических центров — ВНИИ автоматики им. Духова, МГТУ им. Баумана, МФТИ, РКЦ и ИФТТ РАН, МИСиС и Новосибирского государственного технического университета.

Что касается “простых пользователей”, для которых трудности квантовой физики — проблема довольно абстрактная, то и они в некотором роде являются показателем: один из самых популярных тематических запросов в поиске Google — “квантовый компьютер купить”. Вот только эти “простые пользователи” — не совсем целевая аудитория, ведь квантовый компьютер вряд ли можно будет когда-нибудь приспособить под нужды тех же геймеров.

Текст: Олег Зиновьев

Популярные события

  • Выставки
  • Концерты
  • Спектакли
  • Вечеринки
  • Фестивали
  • Спорт
Выходные в городе

Свежий номер
Where St.Petersburg

январь 2018



Новости

 
 
Самый мясной ресторан
 
 
“Все оттенки кошачьего”
 
 
AllFoods от Ginza Project
 
 
“По-вьетнамски”
 
 
Сюрприз для именинника








© 2016, ООО «Рекламотив»
БАЗА ДАННЫХ САЙТА И ВСЕХ ЕГО ПОДДОМЕНОВ ЯВЛЯЕТСЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТЬЮ ООО «РЕКЛАМОТИВ» И ОХРАНЯЕТСЯ ЗАКОНОМ.
САЙТ МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ КОНТЕНТ, НЕ ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ЛИЦ МЛАДШЕ 16 ЛЕТ (16+).