Несмотря на то что инженеры и учёные уже почти 30 лет активно разрабатывают квантовый компьютер, он пока ещё не может конкурировать с классическим компьютером или хотя бы составить ему компанию. Однако, никто не собирается сдаваться: например, в 2018 году группа под руководством Джона Мартиниса представила на ежегодной встрече Американского физического общества квантовый процессор из 72 кубитов.
Классический компьютер, т. е. ноутбук, телефон, чип, встроенный в холодильник, умеет решать довольно много задач, и каждые два года процессоры становятся быстрее и экономичнее, а транзисторы, составляющие эти процессоры, уменьшаются в размерах. Учёные полагают, что закону Мура уже скоро придёт конец, как только размер одного транзистора составит всего несколько атомов. Например, Samsung планирует к 2021 году начать массовое производство процессоров с 3-нанометровым технологическим процессом. Для сравнения в кремнии, из которого делают транзисторы, атомы разделяет расстояние всего лишь в 0,5 нм.
Однако, если бы квантовый компьютер уже существовал, то он имел бы преимущество над своим классическим собратом в решении ряда задач. Так, он смог бы в разы быстрее раскладывать большие числа на простые множители, моментально находить информацию в несортированном списке и, конечно же, моделировать квантовые системы, а также кое-что ещё. Для решения этих задач используются квантовомеханические эффекты, такие как суперпозиция состояний и квантовая запутанность.
В 1995 году учёные Кристофер Монро и Дэвид Вайнланд с участием некоторых других учёных впервые продемонстрировали квантовую операцию (гейт controlled-NOT) на одиночном атоме в оптической ловушке. На сегодняшний день существует три наиболее перспективных варианта реализации квантового компьютера: на ядерном магнитном резонансе, на ионах в лазерной оптической ловушке и на сверхпроводниковых искусственных атомах. Например, я занимаюсь последними. Помимо этих реализаций существует ещё много других, но они пока имеют много недостатков.
Ключевыми элементами квантового компьютера являются кубиты и гейты. Гейты - это операции, производимые над состояниями кубитов. В следующей статье я расскажу, что такое кубит и чем он отличается от бита в обычном компьютере.
Задавайте мне вопросы и пишите в комментариях, о чём вы хотите, чтобы я рассказал в новых статьях.
