Квантовый компьютер – реальность?

С вопросительным знаком, потому что действительно остается много вопросов. Когда, например, запустили первый спутник, вопросов не было, достаточно было вглядеться в ночное небо – вот он, летает. Прорыв, о котором возвестил Google, по научному значению сопоставим с первым спутником, но никто счастливый по улицам не бегает, как случилось тогда.

В 2014 году в Google начались работы над квантовым компьютером, для этой цели был приглашен один из известнейших специалистов по разработке компьютеров. Разумеется, над той же проблемой работают и другие компьютерные гиганты, например IBM, но Google, похоже, вырвался вперед.

В обычных компьютерах основной единицей измерения информации является бит, принимающий два противоположных значения (единица/ноль, плюс/минус, включено/выключено, орел/решка). Сейчас, например, современная операционная система Windows 10 построена по 64-битной архитектуре. А в создаваемом мире квантовых компьютеров такой единицей является кубит (Quantenbit), тоже вроде бы двоичная единица, но только квантовая, подчиняющаяся законам квантовой механики. Он допускает два состояния, но находиться может в любом промежуточном... простыми словами и доступными примерами это объяснить невозможно.

Информация о квантовом компьютере появилась на сайте NASA, возможно, что по недосмотру, преждевременно, а потом была удалена. Но сомнений в ее достоверности в ученом мире не возникло.

Вот пример с сайта NASA. Квантовый компьютер Sycamore (53 кубита) смог решить некую вычислительную задачу, потратив на это 200 секунд. Это, конечно, тоже время, больше трех минут. Но всё дело в том, что самый мощный из современных компьютеров смог бы справиться с этой задачей за... 10 тысяч лет. 200 секунд и 10 тысяч лет – в это сложно поверить, так же как и понять квантовую механику, допускающую одновременное пребывание частиц в разных состояниях (суперпозиция).

Некогда один из великих мудрецов Омар Хайям написал: «Я здесь и не здесь, я везде и нигде...» – это можно сегодня считать иллюстрацией квантовых состояний.

Появилось выражение «квантовое превосходство» (Quantum supremacy): классический компьютер проводит вычисления последовательно, перебирает варианты один за другим, квантовый же может решать многие задачи одновременно.

Есть такой эмпирический закон Мура, согласно которому каждые два года происходит удвоение числа транзисторов интегральной схемы. Сегодня достигнута фантастическая миниатюризация, на микрочипе размером 2 х 2 см размещается 18 миллиардов транзисторов. Размеры каждого равны 10 нанометров, это в 10 раз меньше, чем, например, размер вируса ВИЧ. Но бесконечно продолжаться миниатюризация не может, транзисторы ведь состоят из атомов, имеющих определенные размеры. Иное дело – квантовый мир с его законами, тут возможно достижение в миллионы раз больших скоростей вычисления.

Что это даст, полностью не ясно и самим разработчикам. Но, по общему мнению, перспективы ожидаются просто головокружительные, во всех смыслах. Квантовый компьютер позволит, например, впервые вести расчеты в области квантового состояния молекул, что позволит создать новые материалы и медикаменты. Большие данные, искусственный интеллект, климатические задачи – всё это будет развиваться с небывалой скоростью. Но в том числе и хакинг – взлом паролей, проникновение в защищенные сети. Одно утешение – те же квантовые компьютеры способны и зашифровать информацию столь же эффективно.

Среди развитых стран сейчас разворачивается квантовая гонка сродни прежней космической, только с заметно большим числом участников. Безусловный лидер – США (Google, IBM…), но победителя пока еще нет. С 1991 по 2017 год в США было подано 506 заявок на патенты по тематике квантовых компьютеров. А вот сколько заявок подано за тот же период другими странами: Япония – 206, Канада – 173, Китай – 59, Австралия – 44, Южная Корея – 37, Великобритания – 35, Германия – 25, Италия –  12, Финляндия – 9. Что ж, Германия по крайней мере входит в первую десятку.

А вот так в процентах распределены научные публикации по этой тематике: США – 21%, Китай – 13, Германия и Великобритания – по 7, Япония – 6, ... Россия, Испания, Австрия, Швейцария – по 2%. Что ж, Германия и здесь входит в первую десятку.

В 60-е годы прошлого века, после успешного запуска первых атомных реакторов, ученые верили, что еще год-другой, ну, десяток лет – и термоядерная управляемая реакция будет освоена. И мир вступит в энергетическое Эльдорадо. Но воз и ныне там. Интересно, что выйдет с квантовым компьютером?

В порядке ненаучного прогноза в свете последних достижений.

Человечество добровольно разделится на две части: тех, кто воспримет новшества прогресса, и тех, кто сознательно от них откажется. Первые заселят космос, будут жить почти вечно, постепенно утратят облик современного человека и сольются с компьютером.

Вторые вернутся к состоянию, близкому к первобытному, будут существовать в резерватах. Может быть, им даже предоставят всю Землю.

Как когда-то в течение тысячелетий сосуществовали же неандертальцы и сапиенсы. И те, и другие будут по-своему счастливы.

С. Мучник (Дортмунд)

Читайте также:

1. Очень большие данные. Журнал «Партнёр», № 7 / 2018. Автор С. Мучник
2. то нас ждет – предсказания по-научному.Журнал «Партнёр», № 5 / 2018. Автор С. Мучник