Апошнія дзесяцігоддзі кампутары развіваліся вельмі хутка. Фактычна на памяці аднаго пакалення яны прайшлі шлях ад грувасткіх лямпавых, якія займаюць велізарныя памяшканні да мініяцюрных планшэтаў. Імкліва павялічвалася памяць і хуткасць. Але наступіў момант, калі з'явіліся задачы, непадуладныя нават звышмагутным сучасным кампутарам.
Што такое квантавы кампутар?
З'яўленне новых задач, непадуладных звычайным кампутарам, прымусіла шукаць новыя магчымасці. І, як альтэрнатыва звычайным кампутарам, з'явіўся квантавы. Квантавы кампутар - гэта вылічальная тэхніка, у аснову дзеяння, якой пакладзены элементы квантавай механікі. Асноўныя палажэнні квантавай механікі былі сфармуляваны ў пачатку мінулага стагоддзя. Яе з'яўленне дазволіла вырашыць многія задачы фізікі, якія не знаходзілі вырашэння ў класічнай фізіцы.
Хоць тэорыя квантаў ўжо налічвае другое стагоддзе, яна па-ранейшаму застаецца зразумелай толькі вузкаму колу спецыялістаў. Але ёсць і рэальныя вынікі квантавай механікі, да якіх мы ўжо прызвычаіліся - лазерная тэхніка, тамаграфія. А ў канцы мінулага стагоддзя была распрацавана тэорыя квантавых вылічэнняў савецкім фізікам Ю. Маниным. Праз пяць гадоў Дэвід Дойч апублікаваў ідэю квантавай машыны.
Ці існуе квантавы кампутар?
Але ўвасабленне ідэй апынулася не гэтак простым. Перыядычна з'яўляюцца паведамленні пра тое, што створаны чарговы квантавы кампутар. Над распрацоўкай такой вылічальнай тэхнікі працуюць гіганты ў галіне інфармацыйных тэхналогій:
- D-Wave - кампанія з Канады, якая першай пачала выпуск дзеючых квантавых кампутараў. Тым не менш ідуць спрэчкі спецыялістаў, наколькі рэальна з'яўляюцца квантавымі гэтыя кампутары і якія перавагі яны даюць.
- IBM - стварыла квантавы кампутар, прычым адкрыла да яго доступ для карыстальнікаў інтэрнэта для эксперыментаў з квантавымі алгарытмамі. Да 2025 года кампанія плануе стварыць мадэль, здольную вырашаць ужо практычныя задачы.
- Google - анансавала выпуск сёлета кампутара, які можа даказаць перавагу квантавых на звычайнымі кампутарамі.
- У мае 2017 г. Кітайскія навукоўцы ў Шанхаі заявілі, што створаны самы магутны квантавы кампутар у свеце, праўзыходны аналагі па частаце апрацоўкі сігналаў у 24 разы.
- У ліпені 2017 г. на Маскоўскай канферэнцыі па квантавых тэхналогіях было заяўлена пра тое, што быў створаны 51-кубитный квантавы кампутар.
Чым адрозніваецца квантавы кампутар ад звычайнага?
Прынцыповае адрозненне квантавага кампутара ў падыходзе да працэсу вылічэнні.
- У звычайным працэсары ўсе вылічэнні будуюцца на аснове бітаў, бываць у двух станаў 1 небудзь 0. Гэта значыць, уся праца зводзіцца да аналізу велізарнай колькасці дадзеных на прадмет адпаведнасці зададзеных умоў. У аснову квантавага кампутара пакладзены кубиты (квантавыя біты). Іх асаблівасцю з'яўляецца магчымасць быць у стане 1, 0, а таксама адначасова 1 і 0.
- Магчымасці квантавага кампутара значна ўзрастаюць, бо няма неабходнасці шукаць патрэбны адказ сярод мноства. У гэтым выпадку адказ выбіраецца з ужо наяўных варыянтаў з пэўнай доляй верагоднасці адпаведнасці.
Для чаго патрэбен квантавы кампутар?
Прынцып квантавага кампутара, выбудаваны на выбары рашэння з дастатковай доляй верагоднасці і здольнасць знаходзіць такое рашэнне ў разы хутчэй, чым сучасныя кампутары, вызначае і мэты яго выкарыстання. Перш за ўсё, з'яўленне такога віду вылічальнай тэхнікі турбуе крыптаграфіі. Гэта звязана са здольнасцямі квантавага кампутара з лёгкасцю вылічаць паролі. Так, самы магутны квантавы кампутар, створаны расійска-амерыканскімі навукоўцамі, здольны атрымаць ключы да існуючым сістэмах шыфравання.
Ёсць і больш карысныя прыкладныя задачы для квантавых кампутараў, яны звязаны з паводзінамі элементарных часціц, генетыкай, аховай здароўя, фінансавымі рынкамі, абаронай сетак ад вірусаў, штучным інтэлектам і мноствам іншых, вырашыць якія пакуль не могуць звычайныя кампутары.
Як уладкованы квантавы кампутар?
Прылада квантавага кампутара грунтуецца на ўжыванні кубитов. У якасці фізічнага выканання кубитов ў цяперашні час выкарыстоўваюцца:
- кольцы з звышправаднікоў з перамычкамі, з разнонаправленным токам;
- асобныя атамы, пад уздзеяннем лазерных прамянёў;
- іёны;
- фатоны;
- распрацоўваюцца варыянты выкарыстання нанокристалов паўправаднікоў.
Квантавы кампутар - прынцып працы
Калі з класічным кампутарам у рабоце ёсць пэўнасць, то на пытанне, як працуе квантавы кампутар, адказаць няпроста. Апісанне працы квантавага кампутара грунтуецца на двух малопонятных для большасці словазлучэннях:
- прынцып суперпазіцыі - гаворка пра кубитах, здольных знаходзіцца адначасова ў пазіцыі 1 і 0. Гэта дазваляе весці адначасова некалькі вылічэнняў, а не перабіраць варыянты, што дае вялікі выйгрыш у часе;
- квантавая заблытанасць - феномен, адзначаны яшчэ А. Эйнштэйнам, які складаецца ва ўзаемасувязі двух часціц. Кажучы простымі словамі, калі адна з часціц мае станоўчую спіральна, то другая маментальна прымае станоўчую. Такая ўзаемасувязь адбываецца па-за залежнасці ад адлегласці.
Хто вынайшаў квантавы кампутар?
Аснова квантавай механікі была выкладзена яшчэ ў самым пачатку мінулага стагоддзя, як гіпотэза. Развіццё яе звязана з такімі геніяльнымі фізікамі, як Макс Планк, А. Эйнштэйн, Поль Дирак. У 1980 г. Ю.Антонов прапанаваў ідэю аб магчымасці квантавых вылічэнняў. А ўжо праз год Рычард Фейнеман ў тэорыі змадэлявалі першы квантавы кампутар.
Зараз стварэнне квантавых кампутараў у стадыі распрацовак і нават цяжка выказаць здагадку, на што здольны квантавы кампутар. Але абсалютна ясна, засваенне гэтага кірунку прынясе людзям шмат новых адкрыццяў ва ўсіх галінах навукі, дазволіць зазірнуць у мікра і макрасвет, даведацца больш аб прыродзе розуму, генетыкі.