Знание-сила, 2007 № 09 (963)

И конечно же, не могу не сказать об образовании. Новые технологии должны стать предметом обучения. Квантовой информатикой как новой технологией в нашей лаборатории тоже начали немного заниматься, в частности наш сектор, но здесь необходима экспериментальная поддержка. Мы занимаемся моделированием квантовых вычислений, используя классический компьютер. Те методы, которыми мы владеем, — методы символьных алгебраических вычислений (компьютерной алгебры), широко используются в нашем институте, и их роль в научных исследованиях продолжает возрастать. При этом важно обучать людей новым технологиям, таким как нанотехнологии. Квантовый компьютинг, квантовая информатика — это часть нанотехнологий. Подготовка по нанотехнологиям уже ведется в МГУ, в других университетах, надеюсь, и в нашем дубненском университете это направление будет развиваться.

Еще один важный момент — подготовка кадров управления институтом, понимающих тенденции развития мировой науки и современных технологий, то есть, с одной стороны, понимающих стоящие научные задачи, а с другой, — владеющих современным менеджментом, умеющих вкладывать средства, чтобы получить от них максимальную отдачу. Недавно в МФТИ создан новый факультет инноваций и высоких технологий, готовящий менеджеров для науки: они получают достаточно глубокое — классическое физтеховское образование в физике и математике, но дополнительно и также на высоком уровне изучают менеджмент, экономику и так далее. Именно такие люди нужны в научных центрах, в нашем институте, в технопарках вообще и в новых условиях Особой экономической зоны в Дубне в частности. Спрос на них будет огромным, а эффективность финансирования научных исследований станет намного выше, чем сейчас.

Подготовила Ольга Тарантина

Активно ведется разработка регистров для хранения кубитов и выполнения операций с ними. В одном случае это ионы, помещенные в условиях глубокого вакуума в ловушку и образующие одномерную структуру, состояниями которой можно управлять с помощью перестраиваемых лазеров. В другом — это ионы редкоземельных элементов, ими также управляют с помощью лазерных пучков (Казанский физико-технический институт). Рассматриваются способы переноса, хранения и обработки информации с помощью псевдочастиц: дырок, магнонов, баблонов, экситонов, солитонов и др.

И несмотря на то, что многие из перечисленных персонажей по сей день являются объектами фундаментальных исследований,технологи информационного машиностроения уже нашли им практическое применение.

Первые электронные компьютеры потребляли десятки киловатт энергии. Сегодня исследуется возможность создания квантовых компьютеров, реализующих так называемые холодные вычисления, то есть практически без затрат энергии.

В начале 80-х Полю Бенеффу, Ричарду Фейнману и Дэвиду Дойчу удалось свести воедино две дисциплины, которые ранее считались взаимоисключающими — квантовую физику и информатику. Исследователи показали, что квантовая механика не только не ограничивает вычислительных возможностей, но и позволяет в ряде случаев существенно их расширить. Бенефф выдвинул идею универсального квантового компьютера — машины, которая выполняет логические операции, опираясь на квантовые алгоритмы, не имеющие аналогов в классической физике, и способна решать любые (а не только специализированные) задачи. Фейнман показал, что квантовый компьютер для ряда задач является более мощным, чем классический, а Дойч разработал идею квантового параллелизма. Таким образом, эти ученые заложили фундамент новой современной области исследований — квантовых информационных технологий, или квантовой информатики.

Отдельные кубиты интересны, но при объединении нескольких кубитов возникают еще более поразительные особенности поведения. Главная черта квантовой теории информации — представление о том, что два и более квантовых объекта могут иметь сцепленные (связанные между собой) состояния. Сцепленность произвела на Эрвина Шредингера такое впечатление, что в 1935 году он назвал это свойство «самой главной характерной особенностью квантовой механики, которая заставляет полностью отказаться от классических представлений». Отдельные члены группы сцепленных объектов не имеют индивидуальных квантовых состояний, и только группа в целом имеет четко определенное состояние.

Сцепленные объекты связаны между собой независимо от того, как далеко друг от друга они расположены. Расстояние ни в малейшей степени не ослабляет сцепленности. Если какой- то объект сцеплен с другими, измерение его состояния одновременно дает сведения о его партнерах. Можно ошибочно предположить, что сцепленность можно использовать для передачи сигналов быстрее скорости света, вопреки постулату частной теории относительности. Однако этому препятствует вероятностная природа квантовой механики.

Сцепленность долго рассматривалась как некий курьез и по большей части игнорировалась физиками. Положение изменилось лишь в 60-х годах, когда Джон Белл предсказал, что с помощью сцепленных квантовых состояний можно экспериментально проверить различия между квантовой механикой и классической физикой. Результаты экспериментов подтвердили, что квантовые системы в состоянии сцепленности демонстрируют поведение, невозможное в классическом мире, — невозможное, даже если изменить законы природы,чтобы имитировать квантовый мир в рамках классической физики!

Успехи квантовой информатики стимулируют появление новых идей. Например, точность лучших в мире часов ограничена квантовомеханическими шумами, и ученые задаются вопросом: нельзя ли ее повысить с помощью квантовой коррекции ошибок? Другую интересную мысль высказал Алексей Китаев из Калифорнийского технологического института: некоторые физические системы могут обладать чем-то вроде естественной устойчивости к шумам. В таких системах квантовая коррекция ошибок происходит без вмешательства человека, и они могут характеризоваться чрезвычайно высокой врожденной сопротивляемостью к разрушению когерентности.

Сергей Смирнов

В ноябре 2006 года в Москве на Воробьевых горах произошло столпотворение. Столпом послужил Дворец пионеров: только его большой зал мог (казалось) вместить ораву бывших и нынешних второшкольников. Однако не вместил: посадочных мест там около 1200, но народу пришло чуть ли не вдвое больше. Неудивительно: в лучшие годы Второй школы ее окончили более 6000 физматиков, из них за рубеж уехали меньше половины. Почти столько же конкистадоров осваивали Новый Свет в XVI веке; в итоге мы видим Латинскую Америку, которая гораздо важнее почтенной, но маленькой Испании. Быть может, и российская научная диаспора в наши дни важнее той части россиян, что удержались на родине в смутное время перестройки?