Що таке квантові комп'ютери і як вони працюють

Шукач
443
Основна відмінність квантових комп'ютерів від традиційних, транзисторних, якими всі ми користуємося зараз, - то, як вони працюють з даними. Звичні нам пристрою, від смартфонів і ноутбуків до суперкомп'ютера-шахіста Deep Blue, зберігають всі в бітах - так називається найменша одиниця інформації, яка може приймати всього два значення: або нуль, або одиниця. Біт можна порівняти з лампочкою, яка або включена (одиниця), або вимкнена (нуль). Файл, що лежить на диску, для комп'ютера виглядає як набір лампочок, з яких одні горять, а інші - ні. Якщо взяти дуже багато таких лампочок, то, включивши одні й вимкнувши інші, можна зібрати хоч фразу «тут був Альберт», хоч Мону Лізу. Але коли пристрій вирішує якесь завдання, воно включає і вимикає лампочки, постійно записуючи і стираючи результати проміжних обчислень, щоб вони не забивали пам'ять. Це займає час, так що якщо завдання дуже складне, комп'ютер буде думати довго. Квантові комп'ютери, на відміну від своїх старших братів, зберігають і обробляють дані за допомогою квантових бітів - кубітів. Останні можуть не тільки «включатися» і «вимикатися», а й перебувати в перехідному стані або навіть бути включеними і вимкненими одночасно. Продовжуючи аналогію з лампочками: кубіт - це як світильник, який ви вимкнули, а він все одно продовжує моргати. Або кіт Шредінгера, який одночасно і живий, і мертвий. Оскільки лампочки в квантовому комп'ютері одночасно горять і не горять, це сильно економить час. Тому він вирішує складні завдання набагато швидше навіть дуже потужного класичного пристрою. Наприклад, в Google стверджують, що їх квантова машина Sycamore за три з невеликим хвилини провела обчислення, над якими звичайний суперкомп'ютер в теорії бився б 10 000 років! Ось це і називають серйозним терміном «квантове перевагу». Отже, квантові комп'ютери дуже швидко вирішують дуже складні завдання. Але чому вони тоді просто не витіснили повільні класичні системи? Справа в тому, що ця технологія ще молода, а стан «блимаючий лампочки» - дуже нестабільне, і чим більше в системі кубітів, тим важче його підтримувати. А доступність складних обчислень залежить в тому числі від кількості кубітів: за допомогою двох лампочок, нехай і дуже крутих, Мону Лізу НЕ намалюєш. Є й інші проблеми, що заважають квантових комп'ютерів повністю замінити попередників. Ви пам'ятаєте, що вони обробляють інформацію принципово інакше? Це означає, що і програми для них потрібні зовсім інші. На квантовий комп'ютер можна просто взяти і встановити Windows - треба з нуля розробляти спеціальну квантову ОС і спеціальні же квантові додатки.