Квантовые компьютеры и квантовый интернет сегодня и завтра

Есть ли пределы развитию компьютерной индустрии? С учётом темпов этого развития за последние полстолетия поневоле складывается довольно радужное впечатление о перспективах дальнейшего совершенствования информационных технологий. Хотя не далее, как в 2007 году небезызвестный Гордон Мур заявил, что его закон, предсказывающий удвоение числа транзисторов на кристалле интегральной схемы каждые два года, судя по всему, совсем скоро перестанет действовать по банальной причине атомарной природы вещества и ограничения скорости света…О возможностях преодоления упомянутой выше скорости спорить пока что не будем, но в отношении атомов очень даже возможно, что дело обстоит далеко не так печально. Ведь как ещё в середине 1980-х, когда персональные ЭВМ только начинали свой триумфальный путь на смену мэйнфрэймам, утверждал ещё более знаменитый американский физик, Нобелевский лауреат Ричард Фейнман (1918–1988): «Похоже, что законы физики не представляют никакого предела уменьшению размера компьютеров вплоть до того, что биты станут величиной с атомы и властвовать начнёт квантовое поведение».Собственно, квантовые компьютеры, которые отчасти преодолевают ограничения атомарной природы вещества и о которых на ITC.UA подробно рассказывалось ещё целое десятилетие назад, существуют на бумаге вот уже лет так тридцать с лишним, благодаря исследованиям всё того же Фейнмана, выдвинувшего идею такого устройства в 1981 году, – хотя даже чуть раньше и независимо от него это сделал уроженец Симферополя математик Юрий Манин. Напомним, что в «обычных» компьютерах носители, от перфокарт и транзисторов, содержат в себе информацию, закодированную в двоичной системе счисления: наличие или отсутствие отверстия, индукция магнитного поля больше или меньше пороговой величины и просто состояния «вкл. / выкл.» переводятся в биты, состоящие из нулей и единиц.Внутренний вид «квантового компьютера» от IBM.Квантовые аналоги «битов», именуемые «кубитами» (от quantum bit – что, кстати сказать, во многих языках удачно совпадает по звучанию с древнегреческой и древнеримской единицей измерения длины, аналогом «локтя»), как носители информации компьютера качественного иного типа отличаются способностью к так называемой «суперпозиции» – умению находиться сразу в обоих состояниях (условно говоря, «1» и «0») одновременно, но только до тех пор, пока такое состояние не будет измерено. В теории такая странная особенность субатомных частиц вот уже почти столетие служит предметом многих споров и сложных гипотетических ситуаций, вроде знаменитого (и очень несчастного) «кота Шрёдингера», вынужденного быть одновременно и живым, и мёртвым в коробке с радиоактивным веществом, в котором возможный распад одного из атомов причиняет активизацию смертельного яда. Однако на практике такие малопонятные свойства атомов давно уже используются – и сфера компьютерных технологий тому не исключение.Хитрость заключается в том, что если в самом начале вычислений перевести систему, состоящую из квантовых носителей информации с внесёнными исходными данными, в состояние суперпозиции, такие вычисления будут производиться для всего полученного набора данных параллельно – то есть, с огромным ускорением в решении задачи. Правда, возникает проблема измерения таких вычислений – поскольку, подобно тому, как и кот Шрёдингера, если открыть коробку и «посмотреть» на его состояние, всегда окажется в результате либо живым, либо мёртвым, так и «кубиты» при измерении их данных смогут дать нам лишь один ответ, не смотря на весь «параллелизм» предшествующих этому измерению вычислений. А потому, при всех достоинствах и невиданных преимуществах такого рода ЭВМ, использовать его получится далеко не для любых расчётов.В 1990-х годах было предложено сразу несколько возможных схем работы квантового компьютера, названных именами выдвинувших их учёных. Так, алгоритм Питера Шора из Bell Laboratories предусматривает, что нас может интересовать не вся последовательность значений функции, а только её период, куда более доступный для измерения. Зато при помощи этого алгоритма на квантовом компьютере можно с небывалой скоростью – где-то в 100 млн. раз быстрее! – решить задачу факторизации, то есть определения простых множителей больших чисел, что, в свою очередь, позволяет чуть ли не моментально расшифровывать криптографические алгоритмы с открытым ключом, поскольку существующие ныне RSA-криптосистемы как раз и строятся на недоступности этой задачи текущим мощностям обычных ЭВМ.title="Квантовые компьютеры и квантовый интернет сегодня и завтра" Элемент квантового компьютера в представлении художника: нанотрубка с фуллеренами – молекулярными соединениями в виде футбольного мяча и с атомами азота внутри, которые и выступают в качестве «кубитов». © 2013 Karl Nyman; OxfordQuantum.org.Получается, что квантовые компьютеры никак не могут претендовать на место обычных, электронных, – они способны выступать скорее дополнением к ним, организуя помощь в решении особого рода задач. Так что перспектива скорого обзаведения карманными квантовыми ПК для домашних пользователей пока что оказывается весьма отдалённой – тем более что и на пути простого воплощения идеи вычислительных машин на основе кубитов имеется немало препятствий. Во-первых, чтобы «запустить» решение любой задачи на квантовом компьютере, сначала нужно произвести, что называется, «инициализацию» кубитов, приведя их в «нулевое», исходное состояние, – а для этого в свою очередь требуется охлаждение носителей информации до температур, близких к абсолютному нулю. Стало быть, существовать устройства нового типа могут лишь в особых криокамерах с экстремальной заморозкой.Во-вторых, – и эта проблема намного более сложная, – квантовые биты, – столь же подвержены ошибкам в вычислениях, как и обычные ЭВМ. На середину 1990-х годов уровень ошибок достигал запредельных десяти процентов – тогда как теоретически допустимым значением является 0,0001%. В настоящее время учёным удалось снизить этот показатель до уровня менее одного процента, – и хотя работы предстоит ещё немало, по умеренно оптимистическим прогнозам достичь удовлетворительной работоспособности квантовых компьютеров планируется уже где-то в начале 2020-х годов.--> Квантовые компьютеры и квантовый интернет сегодня и завтра