А главное, можно ли его применить в нашей с вами жизни? Такой вопрос прислал наш подписчик, а за ответом мы обратились к научному консультанту Политехнического музея Василию Панюшкину.
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует особенности квантовой физики для ускорения решения некоторых задач. Когда его сделают достаточно мощным, то с его помощью можно будет, например, взламывать интернет-шифрование, искать новые лекарства или оптимизировать логистику.
Квантовые частицы и их комбинации — электроны, фотоны, атомы, ионы и т.д. — описываются волновым уравнением, то есть ведут себя как волны. Когда они накладываются друг на друга, получается новая единая волна — поэтому, когда кто-то берет ноту на гитаре, мы слышим звук струны, а не много отдельных обертонов. Такое наложение называется суперпозицией. В квантовом мире это значит, что если частица может принимать два разных наблюдаемых состояния, то она также может принимать любое из огромного множества ненаблюдаемых напрямую квантовых состояний, в которых эти два смешаны в разных пропорциях.
Если сделать из квантовых частиц достаточно большую систему, которая смогла бы описать условия поставленной задачи, то в некотором смысле эта система, находясь в смеси всех своих возможных состояний, станет проверять все возможные ответы к задаче одновременно. Это и будет квантовый компьютер. Но если измерить такую систему — то есть перевести её из квантового состояния к классическое, — то мы получим случайное число, один из огромного множества неправильных ответов. Чтобы квантовый компьютер был полезен, нужно, чтобы он при измерении выдавал правильный, а не случайный ответ. Для этого нужен квантовый алгоритм, который заставит неправильные ответы так или иначе взаимоуничтожиться, чтобы к моменту измерения остался только правильный.
В алгоритмах, применяемых для решения разных задач, используются разные закономерности. Сейчас самым знаменитым является алгоритм Шора, который сможет взламывать наиболее популярную на сегодня криптографическую систему RSA. Она используется в электронной почте, чатах, шифровании видеоконференций, банковских операций и многом другом.
Существуют и другие алгоритмы, которые в будущем смогут помочь в разных областях — от моделирования структур лекарств до оптимизации логистики и финансовых процессов. Есть мнение, что квантовые компьютеры позволят нам тестировать новые гипотезы в физике, которые, скорее всего, будут во многом построены на идеях о квантовой информации.
Но сегодня квантовые компьютеры не применяются для чего-то уникально полезного — расчёты делаются скорее в исследовательских целях, ведь их легче сделать на обычном суперкомпьютере. Большие квантовые системы очень нестабильны, и скоро ли получится сделать квантовый компьютер настолько большим, чтобы он стал действительно полезным, пока ещё непонятно.
У вас тоже есть вопрос учёному? Задайте его в комментариях — мы на него ответим 🙂