Что такое квантовый компьютер и как он работает

В широком смысле квантовый компьютер — это вычислительное устройство, использующее для передачи и обработки данных явления квантовой механики.

Его главное отличие от обычного компьютера — метод предоставления информации. В классическом вычислительном устройстве обработка информации достигается посредством бинарного кода. Бит, как мы знаем, обладает двумя базовыми состояниями — нулем и единицей. И может находиться лишь в каком-то конкретном.

В свою очередь, работа квантового компьютера основана на концепции суперпозиции, а вместо обычных битов применяются кубиты. Благодаря суперпозиции, кубит может иметь значения, полученные за счет комбинирования нуля и единицы. Так что он может иметь два этих состояния одновременно. А как именно работает квантовый компьютер, вы узнаете, если посмотрите видео.

Считается, что впервые концепция квантовых вычислений была предложена 1980 году советским математиком Юрием Маниным, в достаточно расплывчатой форме, то есть, на уровне идеи, но стоит заметить, что это было предложено не им одним и в такой же умозрительной форме. Через несколько лет оксфордский физик Дэвид Дойч сформулировал теорию полноценного квантового компьютера, квантового аналога универсальной вычислительной машины Тьюринга.

Популярность идея стала набирать в 1990-е годы. Тогда начали проводиться многочисленные исследования, а в научных журналах стали публиковать статьи — преимущественно теоретические. 

Изыскания в этой сфере ведутся десятилетиями, но квантовые компьютеры до сих пор не стали реальностью.

Имеются разные мнения среди ученых, в отношении реальности квантового компьютера, как опимистические, так и скептические.

Например, физик-теоретик Михаил Дьяконов, автор теории «поверхностных волн Дьяконова», уверен, что интерес к технологии еще сохраняется, но скоро первичный ажиотаж уступит место разочарованию.

Физик отмечает, что на разработку квантовых систем тратятся миллиарды — их спонсируют как государства, так и частные компании, в том числе ИТ-гиганты Google, IBM, и Microsoft. «Они усердно и не жалея ресурсов трудятся над технологиями в ультрасовременных лабораториях в надежде воплотить свое видение будущего», — замечает исследователь. Этот процесс он называет «нескончаемой гонкой вооружений».

Однако никто так и не может дать ответ, когда же квантовые компьютеры станут реальностью. Одни оптимистично говорят о диапазоне 5-10 лет, другие — 20-30 лет. Причем эти прогнозы остаются неизменными уже не первый год, а сроки не сдвигаются.

Дьяконов несколько десятилетий посвятил изучению квантовой физики и физики конденсированного состояния и пришел к выводу: решающий практические задачи квантовый компьютер невозможен в обозримом будущем.

Физик отмечает, что с точки зрения «железа» в отрасли появляются новые перспективные разработки. Он приводит в пример чип на 49 кубитов от Intel, на 50 кубитов от IBM и на 72 — от Google. «Но конечный итог этих разработок пока не совсем ясен, поскольку компании не разглашают детали исследований».

Эксперт признает, что подобные изыскания необходимы и в долгосрочной перспективе они принесут пользу науке.

«Однако я сомневаюсь, что эти попытки приведут к созданию реального квантового компьютера для практического применения», — замечает Дьяконов.

Он приходит к выводу, что скоро отрасль превратится в пиар-пузырь, поскольку интерес к многообещающим технологиям обычно держится лишь несколько десятилетий. «Любого, кто давно следит за отраслью, уже должны раздражать очередные обещания прорыва», — пишет физик.

Дьяконов вспоминает рекомендацию физика Рольфа Ландауэра. Тот еще несколько десятилетий назад посоветовал сопровождать исследования по квантовым вычислениями специальным дисклеймером: «Проекты квантовых вычислений опираются на спекулятивную технологию. В своей нынешней форме она не принимает в расчет всевозможные источники помех, ненадежностей и ошибок производства, так что работать, скорее всего, это не будет».