Коллектив авторов - Квантовый мир. Невероятная теория в самом сердце мироздания

Однако квантовое ускорение не является данностью: сперва нам нужен особый алгоритм, который поможет его достичь. Для важных сложных задач, например разложения больших чисел на множители или поиска в базе данных, у нас уже есть решения, в частности алгоритмы Шора и Гровера (см. параграф «Сногсшибательные приложения для квантовых компьютеров»). Но при выполнении бытовой задачи вроде перечисления всех элементов базы данных время или мощность, требуемые для ее решения, всегда будут прямо пропорциональны числу элементов и не дадут ощутимого квантового ускорения.

К сожалению, эти выгоды предполагают изменение реальной ситуации, для чего требуется достаточно большой квантовый компьютер, но сейчас о нем легче говорить, чем сделать.

1981

Физик Ричард Фейнман утверждает, что моделирование корреляций и взаимодействий частиц в сложных задачах квантовой физики может быть осуществлено только универсальным квантовым симулятором, использующим те же самые свойства.

1982

Теорема о невозможности клонирования угрожает надеждам на квантовые вычисления. Она утверждает, что квантовые биты нельзя копировать, так что нет возможности резервировать информацию. Тем не менее это также является преимуществом: перехват данных становится невероятно трудным, что обеспечивает безопасность квантовой передачи информации.

1984

Чарльз Беннетт из компании IBM и Жиль Брассар из Монреальского университета (Канада) разрабатывают BB84 – первое решение безопасного шифрования и передачи информации квантовыми состояниями.

1985

Дэвид Дойч из Оксфордского университета демонстрирует теоретическую схему универсального квантового компьютера, который может имитировать классические логические элементы и выполнять все функции квантовой логики.

1992

Теория квантового сверхплотного кодированияпоказывает, как отправитель и получатель могут обмениваться двумя классическими битами информации, деля только одну запутанную пару квантовых состояний.

1993

В действительности вам вовсе не нужно передавать квантовые состояния, чтобы использовать их возможности: протоколы квантовой телепортации доказывают, что обладание запутанными квантовыми состояниями и сообщение эффективны и при использовании классических битов.

1994

Алгоритм Шорапоказывает, что квантовый компьютер может разложить число на множители быстрее, чем любой классический.

1995

Американский физик Бенджамин Шумахер вводит термин « кубит» для квантового бита.

1996

Алгоритм Гроверадает решение, благодаря которому квантовый компьютер может обогнать по производительности классические при выполнении крайне распространенной задачи – найти элемент в неотсортированной базе данных.

1996

Квантовая теория исправления ошибок наконец решает проблему запрета клонирования. Квантовая информация не может быть скопирована – но она может быть распространена по многим кубитам. На основе этого были созданы главные теоретические инструменты обработки квантовой информации. Трудностью тогда было создание соответствующих технологий.

Дэвид Дойч – профессор физики Центра квантовых вычислений Оксфордского университета. В 1998 году он был награжден премией и медалью Поля Дирака от Института физики, а в 2005 году удостоен премии в области компьютерных наук за работу, расширившую границы идеи вычислений. В 1985 году Дойч в корне изменил физику описанием универсального квантового компьютера, став первопроходцем квантовой информатики. Он объясняет, как она связана с понятиями истины и реальности в нашей Вселенной – и даже за ее пределами.

– Когда Вы опубликовали свою статью по квантовым вычислениям, какова была реакция общественности?

– Люди не восприняли ее как новый способ мышления. Потребовалось несколько лет, чтобы физическое сообщество начало работать над квантовыми вычислениями. Конечно, была небольшая группа тех, кто сразу понял ее важность, но область начала развиваться лишь несколько лет спустя.

– Что мотивировало Вас на работу над квантовыми вычислениями?

– Было желание понять основу квантовой теории, основу физики, основу всего. Базовые постулаты одной области имеют тенденцию к пересечению с постулатами других. Квантовые вычисления, например, имеют последствия не только для основы квантовой теории, но также и для основы физики в целом, а также для математики и философии.

– Как квантовые вычисления пролили свет на существование многих миров?

– Скажем, мы решили разложить на множители целое число с 10 000 цифрами – произведение двух больших простых чисел. Это число не может быть выражено как произведение множителей любым мыслимым классическим компьютером. Даже если бы вы взяли все вещество наблюдаемой Вселенной, превратили его в компьютер, а потом запустили этот компьютер на время, равное возрасту Вселенной, он бы не приблизился и к началу решения этой задачи. Но квантовый компьютер легко может разложить это число на множители за минуты или даже секунды. Как такое может случиться?

Любой, кто не является солипсистом, должно быть, скажет, что ответ дает некоторый физический процесс. Мы знаем, что в этой Вселенной нет достаточной вычислительной мощности, чтобы получить ответ, так что происходит что-то большее, чем мы можем непосредственно видеть. В таком случае становится вполне закономерным принятие многомировой структуры. Количество вычислительных подпроцессов неизмеримо больше, чем атомов в наблюдаемой Вселенной. Потом они объединяют свои результаты для получения ответа. Каждый, кто отрицает существование параллельных вселенных, должен в таком случае объяснить, как работает этот процесс разложения на множители.

Не терпится заполучить новый блестящий квантовый компьютер? Тогда у нас есть хорошая новость – уже сегодня вы можете купить один, если у вас в запасе хотя бы 10 миллионов долларов.

Компания D-Wave Systems , расположенная в Бернаби (Канада), – новичок, вторгшийся в область квантовых разработок. В число ее покупателей входят Google и NASA . Ее флагманская модель, запущенная в производство в январе 2017 года, известна под названием D-Wave 2000 Q и содержит решетку из мельчайших сверхпроводящих цепей из металла ниобия, каждая из которых составляет один кубит. В ней содержится вплоть до 2048 кубитов и используется 128 000 джозефсоновских соединений. Но имейте в виду – это не квантовый ноутбук. Этот инновационный черный ящик, вмещающий в себя суперкомпьютер, вместе с обслуживающей криогенной системой и интерфейсом занимает целую комнату. Как это ни удивительно, но он работает всего лишь на 25 киловаттах – малой доле от мощности, потребляемой самыми быстрыми суперкомпьютерами мира.