Для точного понимания этой технологии давайте проведем короткий исторический экскурс. Прародителем всех нынешних компьютером и ЭВМ была Машина Тьюринга, разработанная Аланом Тьюрингом в 1930-х годах, представляющая собой устройство, состоящие из ленты произвольной длины, разделенной на маленькие квадраты а также самой машины для чтения-записи. Каждый квадрат на ленте мог содержать символ — “1” или “0”, а еще один оставался пустым. Машина считывала эти символы и пробелы и потом с помощью специальных алгоритмов — “правил перехода”, обрабатывала данные и давала на выходе нужный сигнал. Ну что, звучит знакомо? Собственно, сам принцип работы с тех пор не особо изменился. Теперь, разница заключается лишь в том, что лента существует в квантовом состоянии, как и головка чтения-записи. Это только означает, что символы на ленте могут быть либо 0, либо 1, либо суперпозицией 0 и 1; другими словами, символы являются одновременно 0 и 1 (и все точки между ними). В то время как обычная машина Тьюринга может выполнять только одно вычисление за один раз, квантовая машина будет выполнять много вычислений одновременно: одна операция будет накладываться на другую, как бы существуя параллельно ей, а вместе они будут представлять из себя этакий “слоеный пирог” состоящий из пластов параллельно существующих операций и массивов информации. И так, получается, что, когда машина Тьюринга может выполнять только лишь одно вычисление за один раз, квантовый компьюетр выполняет все возможные множества различных итераций одновременно.
Современные компьютеры, подобно машине Тьюринга, работают, манипулируя битами, которые существуют в одном из двух состояний: 0 или 1. Квантовые компьютеры не ограничиваются двумя состояниями: они кодируют информацию в виде квантовых битов или кубитов (их состояние будет заключать возможность иметь в себе значение и 1 и 0), которые могут существовать в суперпозиции (принцип в квантовой механики, согласно которому объект может существовать сразу же в двух взаимоисключающих состояниях). Физически, кубиты представляют собой — атомы, ионы, фотоны или электроны. Поскольку квантовый компьютер может содержать несколько состояний одновременно, он потенциально может быть в миллионы раз мощнее самых мощных современных суперкомпьютеров.
Именно эта суперпозиция кубитов и придает этой адской машине для гейминга — параллелизм. По словам физика Дэвида Дойча, этот параллелизм позволяет квантовому компьютеру работать над миллионом вычислений одновременно, в то время как ваш настольный компьютер работает над одним. Отчего для того, чтобы сравниться по скорости с вашим домашним ПК ему будет достаточно иметь в своем арсенале немногочисленные 20 кубитов информации.
Квантовые компьютеры также используют другой аспект квантовой механики, известный как запутанность (находясь в суперпозиции объект будет испытывать взаимосвязанность возможных состояний). Но как и любая другая идея, она идеальна только в голове у людей. Поэтому при попытке считать результирующий сигнал придется провзаимодействовать с субатомный частицой (просто снять показания), которая поменяет положение другой частицы,уже использованной в алгоритме, и смысл предыдущих вычислений будет потерян. Если вы посмотрите на кубит в суперпозиции, чтобы определить его значение, кубит будет принимать значение либо 0, либо 1, но не оба (так ваш шикарный квантовый компьютер превратиться в обычный цифровой компьютер). Чтобы создать квантовый компьютер, ученые должны разработать такие способы косвенного измерения, которые позволили бы сохранить целостность системы. Запутанность дает потенциальный ответ. В квантовой физике, если вы приложите внешнюю силу к двум атомам, она может заставить их “запутаться”, то есть между ними обретается связь: второй атом может принять свойства первого атома. Таким образом, если оставить атом в покое, он будет вращаться во всех направлениях. В тот момент, когда он нарушается, он выбирает один спин или одно значение; и в то же время Второй запутанный атом выберет противоположный спин или значение. Это позволяет ученым узнать ценность кубитов, даже не глядя на них.
Квантовые компьютеры обладают огромным потенциалом для вычислений с применением новых алгоритмов. Они способны использовать огромные объемы данных, с обработкой которых не справятся даже современные суперкомпьютеры. Хотя совсем недавно эти машины утопического будущего перетекли из миров научных фантастов в реальность, все же, их технологическое развитие находится еще в зачаточном состоянии. Пока что они имеют ограниченную применимость для решения сложных задач в материаловедении и химии. Например, с помощью них можно имитировать свойства нескольких атомов для исследования материалов.
...............................Подписывайтесь!..........................................................