Что вы знаете о квантовых компьютерах (КК)? Чем КК отличаются от обычных компьютером? Какие компьютеры человечество ожидает в 2030 году?

Исследование How Much Information показало, что количество потребляемой человеком в неделю информации с 1986 года выросло в 5 раз? С 250 тысяч слов в неделю до 1,25 миллиона! Существует ли на нашей планете мощный компьютер, который справится с таким растущим количеством информации? Оказывается, по состоянию на 2020 год, самым мощным компьютером признан японский Фугаку. Суперкомпьютер совершает более 415 квадриллионов вычислений в секунду. Но для квантового компьютера (КК) это просто «смешная» скорость, т.к. он «думает» в миллиарды раз быстрее.
Знаете ли Вы, что существует закон Мура (одного из основателей Intel) о том, что «каждые 18 месяцев производительность компьютеров удваивается»? За последние 50 лет эта производительность увеличилась в миллиард раз!

ЧТО ТАКОЕ КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ?

Это компьютеры, которые работают на законах квантового мира, где важны атомы, фотоны, ионы, т.е. неделимые частицы - кванты. КК совсем непохожи на компьютеры, которые нас окружают. Внешне они похожи на «холодильники высотою 2 метра, внутри которого расположен один-единственный чип размером с ноготь». Сегодня ведущие ученые США, Китая, Германии, Японии конкурируют между собой в конструировании универсального компьютера на квантах.

БИТЫ & КУБИТЫ

Единица измерения информации для обычного компьютера это бит. Помним, что бит может быть или 0, или 1. Вся информация, содержащаяся в планшете, смартфоне, ноутбуке (тексты, фото, картинки) все зашифровано с помощью единиц и нулей. Но в каждый момент времени эта информация может иметь значение или 0, или 1. Информация в обычном компьютере обрабатывается поступательно.
В КК вся информация зашифрована в кубитах. Кубитами могут быть атомы металлов, или частицы света – фотоны. Эти атомы или фотоны в квантовом мире могут быть там и тут одновременно. И единицей, и нулем одновременно. Обычный компьютер оперирует только одним состоянием. А у квантового возможных состояний 2 в той степени, сколько заложено в нем кубитов. Если кубитов 10, то он одновременно в 1024 состояниях. КК "соображает" сразу на всех уровнях. Информация в КК обрабатывается параллельно. Вот поэтому КК будет опережать любой суперкомпьютер в любые времена.

СОВРЕМЕННЫЕ КК

Разработкой квантовых компьютеров занимаются компании-гиганты GOOGLE, IBM, INTEL, MICROSOFT. В интернете появилась информация от компании Google о том, что созданный КК с состоянием в 53 кубита решил задачу, на которую обычному компьютеру понадобилось бы 10000 лет, за 200 секунд.

После этого конкурирующая IBM опровергла информацию сообщив, что обычный компьютер справился бы с этим за 2.5 дня, а не за 10000 лет. В любом случае, даже при таком раскладе, можно вполне заметить превосходство КК. В то же время, IBM планирует к 2023 году создать компьютер с 1121 кубитом. 
Известный итальянский ученый Томмазо Каларко считает, что «никто в мире до сих пор не знает, как построить универсальный КК». Тысячные кубитники мечтают создать на «холодных» атомах, на ионах, на сверхпроводниках. Уже к 2030 году появятся такие КК.

КК - это не дань закону Мура, это решение самых важных проблем современности. Может быть человечество с помощью КК разработает вакцины от большинства тяжелых болезней или сможет создавать уникальные материалы с фантастическими свойствами или разгадает тайны Вселенной?

В нашем университете тоже не отстают от научных мировых трендов. Сотрудники и студенты кафедры ФОЭТ ХНУРЭ занимаются исследованиями в сфере квантовых информационных технологий. А тем, кому из абитуриентов интересна эта тема, могут выбрать специальность 152 и образовательную программу «Инженерия оптоинформационных и лазерных систем». И может, именно вы внесёте вклад в создание и коммерциализацию квантового компьютера?

по материалам: https://www.technologyreview.com/2019/01/29/66141/what-is-quantum-computing/
                        https://www.nature.com/articles/d41586-021-00533-x

 Анастасия Бурцева