Работа всех современных процессоров построена на двоичной системе. Это одни из самых умных устройств, которые когда-либо были придуманы человеком. Но, оказывается, даже при самой идеальной сборке они не способны решить некоторые задачи. И это несмотря на то, что мощности растут и количество данных, которые процессор способен обработать стремительно увеличивается. Например, для обработки больших данных даже суперкомьютеру понадобятся годы для нахождения правильного результата. Но, оказывается, справиться с подобной задачей за считанные минуты может квантовый компьютер, суть которого на самом деле пока что еще далеко не всем понятна.
Чем отличается работа квантового компьютера от обычного
Работа квантового компьютера от обычного отличается в разы большей скоростью обработки данных. Понять это проще на простом примере. Допустим, нам нужно рассадить 3 человека за 2 столика в ресторане. Вариантов решения этой задачи всего 8 (2³). Эту задачу любой суперкомпьютер решит мгновенно.
Но, если задачу усложнить и предложить машине рассадить 100 человек в два банкетных зала, то вариантов ее решения становится огромное множество. Эта цифра будет выглядеть, как 2 в сотой степени. Это число, состоящее из 30 символов. Самому мощному суперкомпьютеру на обработку всех этих вариантов понадобится приблизительно 4,6х10³⁵ лет. Это неимоверно много. По сути, срок решения задачи сводится к бесконечности.
Получается, что задача вроде бы простая, рассадить 100 человек в два зала. Но вариантов ее решения существует такое множество, что решить ее с помощью привычных устройств невозможно. Квантовый супермощный компьютер способен решить эту задачу за секунды. В этом и есть его основное отличие от обычного.
Суть квантового компьютера конечно же состоит не в том, чтобы подобрать наиболее совместимую компанию для вечеринки. Задачи, которые ставятся перед этим устройством гораздо сложнее.
Квантовый компьютер и его принцип работы
Классический процессор – это транзисторная схема. Транзисторы могут в разные периоды времени пропускать ток или создавать препятствие для его прохождения. Это означает, что они находятся в одном из состояний двоичной системы – 1 или 0. В терминологии компьютерщиков это называется битом информации. Двоичная система перебирает для решения задачи все варианты, составляемые из символов 1 и 0. Затем, она выбирает те из них, которые соответствуют заданным условиям.
Суть квантового компьютера заключается в использовании принципиально других единиц – квантовых бит (кубитов). Они не перебирают все возможные варианты один за одним, как это делают биты. Благодаря особым свойствам кубитов машина перебирает практически все варианты решения задачи одновременно.
Суть и свойства кубитов
Кубиты – это мельчайшие квантовые объекты, подчиняющиеся совсем другим законам. Их главное отличие от бит – это способность находиться одновременно в двух состояниях. Если представить это суперсостояние образно, то его можно сравнить с одновременно открытой и наглухо закрытой дверью или светящейся и не светящейся лампой. В применении к двоичной системе – это одномоментно 1 и 0, что кажется невероятным.
Квантовая наука утверждает, что суперпозиция кубита остается таковой до тех пор, пока ее не измерили. На образном примере – это подброшенная монетка. Пока она летит в воздухе, она еще не определяет ситуацию, в ней на равных конкурируют орел и решка. Но, стоит вам поймать ее рукой, ее состояние будет определено.
С какими сложностями столкнулись ученые
Решить, какие из квантовых объектов наиболее целесообразно использовать для новых технологий, чтобы они выступали в роли кубитов, ученые пока что еще не смогли. Они рассматривают варианты с фотонами, электронами и другими частицами. Другая проблема заключается в нестабильности кубитов. Для контроля за этими частицами нужно очень мощное охлаждение.
Где будут востребованы квантовые суперновые компьютеры
Задач, в разрешении которых можно использовать квантовые компьютеры, множество. Главная из них – обработка больших баз данных, то есть работа с Big Data. Поиск сложных решений, прокладывание оптимальных маршрутов, искусственный интеллект, умные нейронные сети – все эти технологии смогут выйти на совершенно новый уровень, получить мощный толчок в развитии.
Моделирование квантовых систем даст возможность строить цепочки сложных белковых соединений. Это откроет новые горизонты в области медицины, фармакологии, вирусологии.
Когда можно будет купить квантовый компьютер
Купить квантовый компьютер сегодня для обычного человека недоступно. Но, это не означает, что их не существует. Эти машины уже собраны и работают. Их разрабатывают и собирают уже сейчас такие крупные компании, как Гугл, Майкрософт и др.
Во многих научно-исследовательских институтах сегодня есть группы, занимающиеся разработкой квантовых технологий и созданием на их основе супербыстрых компьютеров.
Компания IBM уже сделала заявление, что в 2023 г она выпустит первый квантовый компьютер коммерческого назначения. Уже сейчас IBM предоставляет возможность желающим испытать на практике подобные устройства. Они создали специальный облачный сервис IBM Quantum Experience.
Супермощный и быстрый квантовый компьютер – это кардинально новая система. Она отлична от привычной нам фундаментально. По сути, эти две системы несравнимы, как, например, счеты и суперкомпьютер. И, по большому счету, неважно, как скоро они появятся на полках магазинов. Они смогут работать в крупных дата-центрах, которые, несомненно, сделают нашу жизнь более комфортной.
Благодарю за интересную статью