Квантовый компьютер потряс человечество
Добыча лунного грунта и начало работы квантового компьютера вывели Поднебесную в число лидеров мирового научного прогресса
1. Прирученный квант
Не успел китайский луноход разгрузить лунный грунт в Поднебесной, как мир потрясли физики из Научно-технического университета в Шанхае. Они создали квантовый компьютер, что считалось фантастикой. И более того – это рабочий компьютер, потому что ему удалось продемонстрировать так называемое квантовое превосходство. Речь идет о способности решать задачи, которые не под силу самым мощным современным суперкомпьютерам. Вычислитель получил название Цзючжань (Jiuzhang). Что же он сделал? Всего за несколько минут ему удалось провести операцию, которая традиционным путем решалась бы… не менее двух миллиардов лет! Это была вторая в истории демонстрация квантового превосходства.
Теперь многих из нас заинтересовал вопрос - что такое квантовый компьютер, вернее, что он такое может делать и как?
2. Как он работает?
«Вот вам десять простых примеров, решите их:
23 + 78 =
46 x 7 =
54 - 18 =
165 + 238 =
128 : 16 =
97 + 139 =
63 x 24 =
28 + 345 =
287 : 41 =
345 - 167 =
Неважно, как вы начнёте их решать - сверху вниз, снизу вверх, вразнобой - решать вы их будете последовательно, один за другим. Никак иначе. На решение уйдет минуты три, то есть каждый из примеров займёт у вас какой-то схожий промежуток времени. Можно даже взять калькулятор, чтобы не мучиться.
Если эти примеры будет решать компьютер, то он сделает он это в миллион раз быстрее, но! - тоже последовательно.
А теперь представьте, что вас размножили, и вместо одной единицы личности появились десять идентичных.
Тогда каждая из ваших личностей возьмёт себе по одному примеру и решит его, выдав конечные результаты в десять раз быстрее.
Вот именно так и действует квантовый компьютер, используя невероятные для нас явления микромира - это суперпозиция и запутанность.
Как всем хорошо известно, классический процессор хранит и обрабатывает информацию в битах, его система выключателей может принимать значение либо 0, либо 1.
Ну допустим, биты-выключатели - это обычные лампочки, которые или зажжены или нет. Чем больше система битов, тем больше информации можно закодировать и, переключая её электрическим током, производить операции и вычисления.
А в квантовой системе используются так называемые q-биты (квантовые биты) или по-русски "кубиты".
Так вот эти чертенята, в роли которых могут выступать, например, частицы света - фотоны - умудряются принимать два состояния: они могут быть как "включены", так и "выключены" - одновременно!
Потому что на квантовом уровне они находятся в суперпозиции - в нескольких местах, а значит, и в нескольких положениях одновременно. То есть, небольшая колония кубитов может хранить колоссальное количество информации и производить вычисления с феноменальной скоростью, потому что они запутываются, действуют друг на друга неведомой нам связью: мы воздействуем на один кубит, а он каким-то образом заставляет работать другой. Природа взаимодействия запутанности нам сегодня н-е-и-з-в-е-с-т-н-а!
Да как же так?!
Теории и практика
Есть две увлекательных теории, которые могут это объяснить. Первая заключается в том, что на квантовом уровне - там, где живут электроны-фотоны, отсутствует Время как привычное нам измерение строгой направленности.
Действительно, в мире, где все процессы обратимы, где энтропия не может существовать в принципе, в таком мире и понятие Стрелы Времени - Только Вперёд становится бессмысленным - на квантовом уровне можно и Назад!.
Таким образом квантовая система может сколько угодно заниматься своими исчислениями, принимая последовательные значения - то Вперёд, то Назад. И сколько угодно раз.
Или квантовая система взаимодействует с копиями самой себя. В мире, где нет Времени, это же возможно: один кубит сидит за письменным столом и решает пример, другой кубит пересел на диван и решает второй пример, третий кубит пошёл на кухню со своим примером. И так далее.
Квантовая система может проверить триллионы вариантов и найти единственно верное решение. И там, где нет Времени, это и не займёт никакого Времени! И для нас всё будет о-д-н-о-в-р-е-м-е-н-н-о!
А вот обычный Суперкомпьютер потратит на это тысячи лет, или миллиарды лет.
Вторая увлекательная теория именуется многомировая интерпретация. На квантовом уровне каждый объект посредством дополнительных измерений связывается со своими двойниками из параллельных миров, где они проводят каждый из своих распределённых вычислений, а потом мы в своем мире - всего лишь одном из вероятностных - просто считываем конечный результат. А сколько параллельных миров? Да сколько угодно.
Как же это просто, да?
Ну не очень. Самая главная проблема в том, что мы то живём в макромире, где есть Время, нет суперпозиции и связи с параллельными мирами. У нас нет связей с нашими двойниками, и мы уникальны в каждый момент времени. А у них нет такого понятия как объективность, все вероятности и действия равноправны, потому что они не знают, что такое Прошлое и Будущее.
Но при этом мы высокомерно хотим пользоваться благами и возможностями микромира.
Но наши миры - взаимоисключающие. Макромир и микромир ненавидят друг друга.
Поэтому огромная сложность заставить квантовую систему работать на нас.
Если вы будете решать математические примеры, которые заданы выше, и кто-то отвлечет вас, то вы обернетесь, и скажете: "Да подожди ты!" - и вернетесь к вычислениям как ни в чём не бывало.
С квантовой системой такой номер не пройдёт. Там все психованные: если потревожить кубиты, они мгновенно потеряют связь с двойниками из параллельных миров и перестанут взаимодействовать друг с другом, уйдут из состояния суперпозиции в состояние конкретной позиции и станут просто набором атомов, частью нашего предметного безынтресного макромира.
Этот процесс называется декогеренция. Благодаря такому процессу мы можем объективно существовать и полагать каждый себя единственным и неповторимым в нашем лучшем из миров.
Вот инженеры Гугла, Майкрософта, китайских компаний ломают головы, как удержать систему кубитов в самом комфортном состоянии, в глубокой чистоте и заморозке; какие-то данные ей передать, подождать, пока система произведет вычисления, а потом ещё и считать результат до момента декогеренции!»