То, что сегодня в прессе принято называть квантовыми компьютерами, являются в общем-то лишь прототипами этих устройств. Но даже прототипы квантовых компьютеров уже значительно превосходят всем нам привычные в скорости и объёмах вычислений.
Пара исследователей из Токийского университета полагают, что нашли способ сделать эти устройства ещё более мощными, увеличив число обрабатываемых кубитов (аналоги битов в традиционных компьютерах) до миллиона. В своей статье, опубликованной в Physical Review Letters, Shuntaro Takeda и Akira Furusawa (он же занимается исследованиями в области квантовой телепортации) подробно описывают новый подход.
Кратко о квантовом компьютере и принципе его работы
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных.
Следует отметить, что появление множества электронных устройств, транзисторов и даже классических компьютеров связано с развитием квантовой механики и физики конденсированного состояния. При этом, информация между элементами таких систем передаётся в виде классических величин обычного электрического напряжения.
На сегодняшний день полноценный универсальный квантовый компьютер является лишь гипотетическим устройством. Разработки в данной области связаны с новейшими открытиями и достижениями современной физики.
Чтобы понимать, как работает это устройство, хорошо бы иметь по крайней мере поверхностные знания принципов квантовой механики. Но даже со знанием основ физики достаточно ознакомиться с тремя отличительными особенностями квантовой механики:
- Состояние или положение частицы определяется только с какой-либо долей вероятности.
- Если частица может иметь несколько состояний, то она и находится сразу во всех возможных состояниях. Это принцип суперпозиции.
- Процесс измерения состояния частицы приводит к исчезновению суперпозиции.
Характерно, что полученное измерением знание о состоянии частицы отличается от реального состояния частицы до проведения замеров. Основное отличие квантовых компьютеров от привычных нам заключается в том, что обычный процессор оперирует в своих действиях бинарным кодом. Компьютерные биты могут находиться только в одном состоянии – иметь логическое значение 0 или 1. Квантовые компьютеры оперируют кубитами, которые могут иметь логическое значение 0, 1, 0 и 1 сразу. Для решения определённых задач они будут иметь фантастическое преимущество по сравнению с традиционными вычислительными машинами.
Правда, на сегодняшний день, большинство этих компьютеров могут манипулировать лишь парой десятков кубитов. Огромным прорывом в этой области стало создание в начале этого года совместной группой российских и американских учёных 51-кубитного кватового компьютера, о чём рассказал на Международной конференции по квантовым технологиям Михаил Лукин — сооснователь Российского квантового центра и профессор Гарвардского университета.
Что придумали японцы
И вот теперь Takeda и Furusawa заявляют, что оставили подобные ограничения далеко позади: одна из разработанных ими схем теоретически способна обрабатывать более миллиона кубитов. Основу их метода составляет базовая оптическая квантовая вычислительная система — квантовый компьютер, использующий в качестве кубитов фотоны. Её Akira Furusawa разработал ещё в 2013 году. Машина, как в своё время и первые ЭВМ, занимала площадь около 6,3 квадратных метра и могла обрабатывать только один световой импульс. Для улучшения её возможности, требовалось соединить вместе несколько больших блоков, поэтому вместо расширения аппаратного обеспечения исследователи разработали способ заставить систему обрабатывать несколько световых импульсов посредством петлевого контура. В теории считается, что множественные световые импульсы, каждый из которых несёт информацию, могут бесконечно вращаться вокруг схемы. Это позволит ей выполнять несколько задач, переходя от одной к другой посредством мгновенной манипуляции световыми импульсами.
Заявленная вычислительная мощность в миллион кубитов выходит далеко за пределы мощностей современных компьютеров. В том случае, если она будет достигнута, её будет достаточно для того, чтобы решать сложнейшие вычислительные задачи современности. Такие компьютеры обеспечат фундамент для прорывов в целом ряде разнообразных исследований от медицины до освоения космического пространства, выведут на принципиально новый уровень возможности обработки больших массивов данных и машинное обучение, то есть максимально приблизят создание полноценного ИИ. Следующий шаг исследователей — воплотить теорию в рабочей модели и надеюсь, что это займёт не очень много времени.
__________
Чат в Telegram, в котором я публикую и статьи из Дзен, но в основном то, что сюда не входит по тем или иным причинам, а также немного различной отсебятины.
Д.