КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР Квантовый компьютер англ A quantum

КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР

Квантовый компьютер (англ. A quantum computer) — гипотетическое вычислительное устройство, которое путем выполнения квантовых алгоритмов существенно использует при работе квантовомеханические эффекты, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность.

Первый коммерческий квантовый компьютер Квантовая механика описывает взаимодействие в природе на фундаментальном уровне. Использование этих принципов для построения квантового компьютера означает не только переход на наноуровень; всё должно охлаждаться достаточно сильно, чтобы квантовые эффекты проявили себя. Именно поэтому D-Wave охлаждает систему Orion до температуры в 250 раз холоднее, чем межзвёздное пространство (вернее, чем спектр энергий частиц реликтового излучения - он такой же, как излучение тела с такой температурой). В прошлом году компания собрала 16 -кубитовый квантовый компьютер, который основатель и генеральный технический директор Джорджи Роуз (Geordie Rose) назвал самым мощным квантовым компьютером, когда либо построенным, и первым, который может запускать коммерческизначимые приложения. В этом году компьютер стал 28 -кубитовым, он умеет распознавать фотографии известных достопримечательностей и, возможно, вскоре вы столкнётесь с работой этого компьютера в Интернете

16 -кубитный процессор фирмы D-WAVE на продажу

Сколько стоят квантовые вычисления? Сейчас в исследования этой области вкладываются десятки миллионов долларов. Конечно, это даже нельзя сравнивать с теми деньгами, которые идут на разработку традиционных компьютеров и даже в исследования по нанотехнологиям. Но на данном этапе огромных денег и не требуется. Установка ядерно -магнитного резонанса стоит порядка миллиона долларов. Установки с вакуумными ловушками, с лазерным охлаждением — то же самое. Пока над квантовыми вычислениями работают небольшие коллективы, пусть даже в лабораториях таких гигантов, как IBM и Intel. Много экспериментов проводится в крупных центрах, особенно в Лос-Аламосе, в университетах по всему миру: в Инсбруке (Австрия), Бонне (Германия), в США. Грантов всем хватает. В этом году американское правительство объявило неограниченный набор специалистов для работы по квантовым вычислениям. Им обеспечен вид на жительство и различные льготы. У нас в стране, конечно, аналогичных программ поддержки нет, но исследовательские работы ведутся во многих местах, например в МГУ, Институте Ландау, у нас, в Физико-технологическом институте.

Сердце "Ориона" – процессор в сборе с криогенной системой охлаждения

Квантовый компьютер работает даже в выключенном виде. Компьютеры на квантовом принципе в решении некоторых задач имеют огромное преимущество по сравнению с классическими. Преимущество в скорости и эффективности достигается за счёт того, что все квантовые биты находятся в состоянии, являющимся суперпозицией всех базовых состояний, поэтому изменение системы касается всех состояний одновременно. Более того, логика квантовой информации часто отклоняется от интуитивной и преподносит некоторые неожиданные эффекты. Природа "квантового запроса" позволяет использовать корпускулярноволновой дуализм (в данном случае фотонов), вычисляя область пространства, даже не заходя в него. И при помощи двух спаренных оптических интерферометров, расположенных внутри третьего, команда Квиата добилась успеха в получении решения, взяв за основу алгоритм поиска Гровера в неупорядоченной четырёхэлементной базе данных. Используя фотон в квантовой суперпозиции, учёные получали ответ, не запуская алгоритм поиска. Так же, они теоретически обосновали, как получить решение без старта вычислений при помощи эффекта Зено. До использования квантовых компьютеров в промышленном масштабе ещё далеко. Они пока не способны решить достаточно сложную задачу и имеют высокую уязвимость. Однако, уже существуют коммерческие образцы систем подобного рода для узкоспециальных задач, таких, например, как криптография.

К сожалению, построить квантовый компьютер чрезвычайно трудно. В качестве кубитов обычно выступают определенные квантовые свойства атомных ионов или электронов, удерживаемых в ловушках. Но их состояния суперпозиции неимоверно хрупки и разрушаются при малейшем взаимодействии с окружающей средой, в том числе с материалами, из которых сделан сам компьютер. Когда кубиты недостаточно тщательно изолированы, внешние возмущения приводят к ошибкам в вычислениях, поэтому большинство исследователей сосредоточивает свои усилия на минимизации взаимодействия кубитов с окружающей средой. Если частоту ошибок удастся снизить до одной на 10 тыс. шагов, то распад отдельных кубитов можно будет компенсировать с помощью алгоритма исправления ошибок. Создание работоспособной машины с большим числом хорошо изолированных кубитов и столь низкой частотой ошибок — тяжелая задача, до решения которой физикам еще очень далеко

Топология и узлы

Вычисления