Третья статья из раздела который доказывает, что в науке ещё далеко тёмных пятен и человечество ждёт ещё много интересных открытий, которые кардинальным образом изменят нашу жизнь. Предыдущие части:
В этой статье речь пойдёт про квантовый компьютер, хотя, строго говоря, само по себе научное открытие квантовых вычислений уже состоялось. Тем не менее, полноценного квантового компьютера человечество всё ещё так и не увидело. Давайте для начала в общих чертах разберёмся, что такое квантовый компьютер и чем он отличается от обычного. В обычных компьютерах информация кодируется либо 0 либо 1, грубо говоря сигнал либо есть либо нет, такой элементарный объем информации называется бит. Такая система довольно проста и стабильна и, возможно, всегда бы оставалась единственной, если бы несколько десятилетий назад учёным не пришла в голову идея создать компьютер с использованием особенностей квантового мира. Дело в том, что на уровне электронов, фотонов и других частиц (квантов), которые по размерам гораздо меньше атома, действуют свои очень необычные и сложные для понимания законы. Один из примеров - квантовая суперпозиция, это ситуация при которой объект может существовать в двух взаимоисключающих состояниях как бы одновременно. Наиболее известный пример такой ситуации - кот Шрёдингера.
Это свойство и лежит в основе квантовых компьютеров, которые работают не с битами (которые могут быть только либо 0 либо 1), а с так называемыми кубитами, которые могут принимать эти значения одновременно. Для наглядной иллюстрации такого явления часто используют такой пример: представьте что бит - это обычный выключатель света в комнате, который может быть либо включен либо выключен и других вариантов нет. Тогда кубит - это что-то похожее на ручку, вращая которую мы прибавляем и убавляем например звук, понятно, что такая ручка может находится не только в крайних положениях, но и в промежуточных. Хотя конечно на самом деле всё гораздо сложнее, но в общих чертах этот пример справедлив.
Возвращаясь к компьютерам, использование кубитов в квантовых компьютерах позволяет в разы повысить их вычислительную мощность по сравнению с обычными, так например 3 кубита могут хранить в себе в 8 раз больше информации чем 3 бита, и чем больше битов/кубитов тем сильнее растёт эта разница. В результате, для того чтобы достигнуть так называемого квантового превосходства (ситуации в которой вычислительные мощности квантового компьютера превзойдут любой из обычных суперкомпьютеров) нужно собрать устройство в котором будет всего лишь несколько десятков кубитов. Однако это не так просто, чем больше кубитов тем сложнее сконструировать такое устройство и тем более нестабильна такая система. Некоторые учёные вообще сомневаются в том, что такое в принципе возможно.
Однако в 2019 году компания Google сообщила о том, что ей удалось создать квантовый компьютер из 54 кубитов, который позволил провести сложные вычисления всего за 200 секунд, тогда как обычному даже самому мощному компьютеру на это потребовалось бы 10000 лет. Тем не менее пока рано говорить, о том что квантовые компьютеры окончательно изобретены, так как есть ещё масса сложностей которые нужно преодолеть.
Напоследок порассуждаем как могла бы измениться наша жизнь с появлением квантовых компьютеров. В первую очередь они бы использовались для моделирования сложных систем, на что у обычных компьютеров не хватает вычислительной мощности:
- Различные биологические системы, точное моделирование которых необходимо для разработки лекарств и новых методов лечения.
- Погодные условия, для гораздо более точного предсказания погоды (наконец то прогноз погоды станет точным).
- Поиск новых химических элементов и материалов с уникальными свойствами, ранее неизвестных человечеству.
- Моделирование космоса для расчёта оптимальных траекторий полётов ракет и спутников.
Согласитесь, нет сомнений в том, что эти и многие другие достижения полученные с помощью квантового компьютера могут сильно изменить нашу жизнь.
Спасибо, что прочитали! Если Вам понравилось вот ещё несколько статей канала: