Технологии не стоят на месте, и если раньше компании соревновались, кто первым создаст самое маленькое и самое производительное устройство, то теперь гонка идет в совершенно новой плоскости. На сегодняшний день компании и целые страны соревнуются, кто первым создаст квантовый компьютер. Рассказываем, что это такое и как он повлияет на наш привычный мир.

Чем квантовый компьютер отличается от транзисторного?

Компьютеры, которыми мы пользуемся сейчас, — транзисторные. Транзисторы позволяют управлять электрическим током, генерировать и направлять его внутри системы устройства. При этом вся работа компьютера и обработка информации работает в двоичной системе, то есть все данные шифруются в комбинации единиц и нулей и таким двоичным кодом можно записать хоть «я люблю тебя» (1000100111110000010000111011100010011101000011000110000111011100010011101
0000010001000010100001101011000011000110001001111), хоть письмо Онегина к Татьяне (приводить пример, пожалуй, не будем).

Двоичный код компьютер прогоняет через биты — это самая маленькая единица информации, дальше идут байты (8 бит) и так далее, но изначально все держится на битах, которые во время решения компьютером задач выдают 1 или 0, а по окончании действия вся информация обнуляется и компьютер приступает к новой задаче.

У квантового компьютера операционная система строится не на битах, а на кубитах — эта единица еще меньше бита, и кубиты одновременно находятся в значении 0, 1 и в промежуточных значениях. То есть им доступно гораздо больше переменных значений, которые в то же время одновременно активны и неактивны. Это как кот Шредингера, который одновременно и жив, и мертв, только в этой ситуации у него еще могут быть котята, а могут и не быть, и все они также живы и мертвы одновременно.

Что дает эта кубитность?

Устройство, работающее на такой системе, может одновременно выполнять те задачи, которые транзисторный компьютер решал бы последовательно и очень долго. Так, например, квантовая машина Sycamore, по заявлениям Google, за несколько минут выполнила операцию, на которую транзисторному компьютеру понадобилось бы 10 000 лет. Это означает, что многие операции и системы, которые обеспечивали безопасность приватных данных и платежной информации, могут оказаться в опасности. Однако на самом деле все не так страшно и драматично, так что можно не спешить снимать все деньги с карт и собираться в тайгу.

Квантовый компьютер за гранью фантастики

Полностью самостоятельный квантовый компьютер пока еще гипотетическая модель, а те конструкции, которые существуют на сегодняшний день называются квантовыми машинами, подключаются к транзисторным компьютерам и оперируются через них. И пока ученые сомневаются, что квантовые компьютеры захватят рынок и станут доступны простым пользователям. Эти технологии дорогие в производстве и довольно сложные в обслуживании. Система кубитов, которые находятся одновременно в нескольких состояниях, сложная и нестабильная, а чем больше кубитов, тем сложнее эту систему поддерживать.

Как можно себе представить, старый добрый Windows на такой компьютер не установишь, интересные фильмы не посмотришь и подкасты не послушаешь. Но для чего он тогда нужен?

Выполнение сложных вычислительных задач

Например, квантовый компьютер может производить разложение на множители — операцию, которая используется для шифрования платежных данных и банковских операций.

Изучение возможностей машинного обучения

Поскольку квантовый компьютер может осваивать большее количество информации одновременно, его постепенно начинают подключать к работе с изучением машинного обучения. В частности, квантовый компьютер используется для обучения беспилотных автомобилей.

Моделирование и визуализация

Предполагается, что с помощью квантового компьютера можно будет построить модель сложных природных процессов, происходящих на молекулярном уровне.

Иллюстрация: zothen / Depositphotos.com