Головокружительный кубит. Физик объяснила, зачем России квантовый компьютер

2024-5-7 09:36

Государственная тайна будет надёжно защищена, у нас появятся лекарства от любых болезней и материалы с заранее заданными свойствами, а курьера с доставкой не придётся ждать полдня.

ХХ век в науке ознаменовался атомной и космической гонками, а в нынешнем столетии учёные соревнуются в гонке квантовой.Тот, кто создаст более мощный компьютер, работающий на новых физических принципах, будет иметь приоритет в решении многих задач, связанных в том числе с национальной безопасностью.Каково место России в этой гонке? Прошлым летом Владимиру Путину показали 16-кубитный процессор, созданный российскими учёными. В начале этого года у нас уже появились 20-кубитный и 25-кубитный. Но то ли ещё будет! О том, зачем нужны квантовые компьютеры и какую пользу они принесут обычным людям, рассказывает научный сотрудник Российского квантового центра и лаборатории квантовых информационных технологий Университета МИСИС, аспирант МФТИ Алёна Мастюкова.Задача на миллиард летДмитрий Писаренко, aif.ru: — Алёна, как просто объяснить, что такое квантовый компьютер и что это за кубиты, из которых он состоит?Алёна Мастюкова: — Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, основанное на принципах квантовой физики, а не классической. В нём элементарными единицами информации являются кубиты. Если в обычном компьютере единицей измерения количества информации является бит, и он может быть либо нулем, либо единицей, то кубит допускает гораздо больше состояний. Это сумма нуля и единицы с какими-то коэффициентами. В квантовом мире это называется суперпозиция.Грубо говоря, мы выходим в другое численное состояние. Будто бы из двухмерной плоскости переходим в трёхмерное пространство или даже многомерное.Отличие квантового компьютера от обычного такое же, как обычного компьютера — от деревянных счётов. Многие уже забыли, что когда-то все вычисления производились с помощью этого нехитрого устройства, а молодёжь и вовсе не имеет о нём представления.Те вычисления, на которые у человека со счётами уходила неделя, сменивший их компьютер производит всего за пару минут. Но теперь выделился класс задач, которые классические компьютеры не могут решать быстро. Существует фундаментальный предел их возможностей, и его можно преодолеть, лишь радикально увеличив скорость вычислений.Для этого и создают квантовые компьютеры. То, на что обычный процессор потратил бы миллиард лет (представьте, есть такие задачи), квантовый сможет решить за обозримое время. Скажем, за несколько недель. Кванты в «облаке»— Что же это за задачи такие, на решение которых уйдёт миллиард лет?!— Например, поиск новых лекарств — молекул, которые лечили бы конкретное заболевание. Чтобы найти химическое соединение с заданными свойствами, нужно перебрать огромное количество комбинаций. И на некоторые действительно понадобится миллиард лет.Другой класс задач — оптимизация путей, маршрутов. В их решении мы тоже подходим к пределу.— Вы хотите сказать, что навигатор в моём смартфоне, подсказывающий, что «найден более короткий маршрут», работает на пределе возможностей?— Это упрощённый пример. Проложить маршрут между двумя точками — немудрёная задача. Но когда точек много, ситуация значительно усложняется. Начинает играть роль множество параметров: пробки, постоянно меняющаяся обстановка на дорогах, погода, платный-бесплатный проезд... Классический компьютер с такой задачей справляется уже плохо. Не спорю, навигатор и в этом случае проложит вам маршрут, но он будет не всегда оптимальным.Когда мы заказываем доставку товара на дом, нам может прийти уведомление: ждите курьера с 9:00 до 15:00. Полдня, это же ужас! Хотелось бы побыстрее. И квантовые компьютеры помогут добиться этого.Сейчас при оформлении доставки маршрут рассчитывается, как правило, вручную. Если курьеру надо в течение дня объехать несколько точек, логисты смотрят, где с утра какие пробки, и прокладывают путь, ориентируясь на свой опыт и интуицию, после чего вручают человеку маршрутный лист. Но это не значит, что там всё рассчитано наилучшим образом. — А что, квантовый компьютер когда-нибудь будет у каждого курьера? И у нас вместо обычных ноутбуков будут квантовые?— Нет, квантовый компьютер никогда не заменит обычный. Некоторые виды задач классический решает быстрее. Думаю, они будут дополнять друг друга, работать в синтезе.Дома нам квантовый компьютер вовсе ни к чему. Зачем он там нужен? Мы же не станем на дому искать формулу лекарства. Он будет стоять где-нибудь в институте, научном центре, а мы будем пользоваться им дистанционно, получая облачный доступ.Это и сейчас часто происходит, о чём мы даже не задумываемся. Нам кажется, что вычисления производит наш телефон, а это делается в облачных сервисах, на суперкомпьютере, куда с нашего устройства отправляется запрос. Мы открываем навигатор в смартфоне, задаём точку прибытия, а маршрут рассчитывается в «облаке». И нас не интересует, как это всё работает «под капотом».Так же будет с квантовыми вычислениями. Для пользователя это может выглядеть как привычные приложения на экране гаджета. Только они будут получать облачный доступ не к обычному компьютеру, а к квантовому. У того же курьера будет приложение, которое в реальном времени, исходя из дорожной ситуации, будет пересчитывать ему маршрут. А клиент — точно видеть, где он находится.Это, кстати, поможет решить и проблему транспортной загруженности. Когда все будут прокладывать оптимальные для себя маршруты, это улучшит дорожную ситуацию. Используем все средства и платформы— Где ещё пригодятся квантовые вычисления?— В любых задачах по оптимизации, а их множество. В нефтегазовой отрасли важно знать, как лучше расположить нефтяные вышки, на каком расстоянии их ставить друг от друга. В атомной отрасли — как наиболее эффективно переработать и утилизировать ядерное топливо либо использовать его повторно. В банковской сфере актуальная задача — оптимизация финансовых портфелей.Про поиск новых лекарств я уже сказала. Но квантовые вычисления помогут и в более широком поиске химических соединений — в моделировании материалов с заданными свойствами. Это важно, например, для создания нового поколения аккумуляторов.— Считается, что квантовые технологии хорошо подходят для шифрования — такие системы, дескать, невозможно взломать.— Совершенно верно. В том числе по этой причине государство так поддерживает разработки в области квантовой физики и проявляет к ним интерес. С этим связаны вопросы национальной безопасности. Ключевая разработка Российского квантового центра — система связи для абсолютно защищённой передачи информации в банковской, военной, государственной и других сферах.Квантовая криптография позволит так защитить информацию, что её не взломает ни суперкомпьютер, ни другой квантовый компьютер (это так называемая постквантовая криптография). Такие алгоритмы сейчас у нас разрабатываются, есть научная группа, которая этим занимается. — Но квантовыми технологиями занимаемся не только мы. В мире идёт своеобразная квантовая гонка, и мы пока отстаём от США и Китая. Догоним?— Мощность квантового компьютера измеряется в кубитах, и по этому показателю американцы и китайцы нас действительно пока опережают. Но у нас есть понимание, как наверстать упущенное. В «дорожной карте» по квантовым вычислениям чётко прописаны все шаги и сроки.Тут цель даже не в том, чтобы прямо сейчас сделать компьютер на большем количестве кубитов, чем у тех же американцев. А в том, чтобы смотреть далеко вперёд. Квантовые компьютеры бывают на разных физических принципах, на разных платформах. За границей делают упор на сверхпроводниковые процессоры. Но это не самый хороший подход: сверхпроводники имеют пределы, создать мощные квантовые компьютеры (не на десятках, а на тысячах и миллионах кубитов) на них будет сложно.А мы в России используем все средства и платформы для квантовых компьютеров, какие только есть. Это не только сверхпроводники, но и атомы, ионы, фотоны. У нас уже сейчас есть разработки, которых нет за рубежом. Для чего это? Дело в том, что учёные пока сами не знают, какой принцип квантовых вычислений в будущем станет лидирующим. Это открытый вопрос, и очень хорошо, что у нас есть достижения по каждому направлению.

Подробнее читайте на ...

компьютер квантовые квантовый маршрут компьютеры вычисления курьера миллиард

Открыть триллион дверей. Создатель квантового компьютера обучает нейросети

Будущее наступило. Это доказывают московские ученые. В столице строят квантовый кластер и здесь же создан первый в стране квантовый ионный компьютер. aif.ru »

2023-08-26 02:01

В России будет свой квантовый компьютер

В России будет свой квантовый компьютер, то есть вычислительная машина, которая работает на совершенно иных принципах, нежели привычные сегодня системы. А как минимум в части приложений — на несколько порядков быстрее любого существующего суперкомпьютера. vesti.ru »

2020-12-23 09:59

Фото: znak.com

Почему в мире квантовые компьютеры делают частники IBM и Google, а в РФ — государство. Интервью

К 2024 году в России по планам правительства должны создать собственный полноценный квантовый компьютер - устройство, которое проводит вычисления в миллиарды раз быстрее современных машин znak.com »

2020-12-08 16:53