Компьютеры стремительно ворвались в жизнь человечества в середине прошлого века. Благодаря их возможности выполнять огромное количество операций за сравнительно небольшой промежуток времени, стали возможны революционные прорывы во всех без исключения областях человеческой деятельности. Быстрыми темпами росли вычислительные мощности компьютеров, уменьшались их размеры, энергопотребление. Были созданы ориентированные на человека операционные системы и огромное количество прикладного программного обеспечения. Компьютеры вошли практически в каждый дом.
Проблемы развития классических компьютеров
Но время ставит все новые и новые задачи, которые не под силу даже самым новым супер компьютерам.
В настоящее время количество транзисторов на единице поверхности микросхемы удваивается каждые 18 месяцев. Но ученые предрекают, что возможности современных компьютеров, основанных на классических технологиях, достигли своего предела.
Одним из возможных направлений развития компьютеров является движение в сторону квантовых технологий для автоматизации процесса вычислений.
Основные принципы работы квантовых компьютеров
Квантовый подход к вычислениям считается очень перспективным направлением. Основные принципы данного подхода состоят в следующем:
- Использование принципа суперпозиции. Современные компьютеры используют только два состояния, которые условно принято называть 0 или 1. Компьютеры на основе квантовых технологий используют свойство элементарных частиц присутствовать одновременно в состоянии 0 и 1. То есть на место бита приходит кубит – наименьшая квантовая единица информации.
- Последовательность кубитов может приобретать значительно большее количество значений, чем такая же цепочка обычных битов. Это позволяет выполнять одновременно количество вычислений, измеряемое миллионами.
- В квантовом компьютере на смену классическим логическим элементам приходят квантовые процессы. На вход подаются сразу все квантовые состояния, проводятся все возможные операции, результат этой суперпозиции – состояние системы. Результат вычислений получается путем измерения состояния системы.
Проблемы квантовой технологии
Простота подхода совсем не подразумевает его простую техническую реализацию.
Проблемы работы с кубитами:
- Основная проблема исследователей заключается в том, что пока нет устойчивых способов управления кубитами. Требуется обеспечить устойчивую изоляцию кубита от внешних воздействий и, в то же время, быстро управлять состоянием кубита.
- Разнообразные состояния квантовой системы требуют высокой точности измерений, а такой точности пока не удается достичь.
Перспективы создания серийного квантового компьютера
В настоящий момент уровень развития этой технологии не позволяет получить реально действующий квантовый компьютер. Но в этом направлении ведутся многочисленные исследования.
Преимущества квантового компьютера над классическим компьютером начнут проявляться, если удастся достичь цепочки, длиной минимум 1000 кубит. В настоящее время сообщается, что удалось создать вычислительное устройство мощность в 128 кубит. Особенно отмечают трудности разработки программного обеспечения для такого компьютера.
По оценкам различных ученых появление первых реальных квантовых компьютеров следует ожидать через 10-15 лет.