В 1981 году американский физик и нобелевский лауреат Ричард Фейнман представил в MIT (Массачусетский технологический институт) неподалёку от Бостона идею, перевернувшую представления о вычислениях: использовать странную физику квантовой механики для проведения расчётов. Так началось развитие квантовых вычислений — сферы, которая за 40 с лишним лет стала одним из самых интенсивных направлений исследования в компьютерных науках.
Однако пока физикам не удалось создать квантовые компьютеры, подходящие для повседневного использования и обычных условий работы. Вопрос, как сделать такие машины достаточно надёжными, остаётся открытым по сей день. Прежде чем понять, насколько мы приблизились к их широкому применению, стоит разобраться в классических вычислениях, которые лежат в основе наших ноутбуков и смартфонов сегодня.
Классические компьютеры используют биты, принимающие значения 0 или 1. Любая операция на таком компьютере основана на этих двоичных последовательностях. Квантовые компьютеры работают с кубитами, способными находиться не только в состоянии 0 или 1, но и в состоянии суперпозиции — то есть сразу в обоих. Это даёт принципиально новую возможность: рассматривать все варианты решения одновременно.
Такое «параллельное» исследование вариантов особенно ценится в задачах поиска оптимального решения — от прохождения лабиринта до планирования авиарейсов. Каждый день в мире совершается свыше 45 000 рейсов, которые организуют более 500 авиакомпаний в более чем 4000 аэропортов. С учётом массы возможных комбинаций задержек, отмен и перераспределений, классические компьютеры тратили бы годы на поиск оптимальной конфигурации. Квантовая машина способна одновременно перебрать все варианты и предоставить лучшее решение.
На особое внимание заслуживает и феномен квантовой запутанности. Запутанные кубиты могут влиять друг на друга, даже если находятся на большом расстоянии, что недостижимо в классической вычислительной модели. Это открывает путь к экспоненциальному ускорению расчётов для некоторых типов задач.
При этом мнения экспертов расходятся. Google ожидает появления коммерчески эффективных квантовых компьютеров в течение пяти лет, а генеральный директор Nvidia Дженсен Хуанг считает, что «очень полезные» квантовые машины появятся лишь через 20 лет. И всё же реальность такова, что квантовые компьютеры не заменят классические полностью. Они просто чрезвычайно хороши в специфических задачах — например, моделировании молекулярных взаимодействий или работе с шифрованием, но не годятся для всего подряд.
Классические машины остаются более предсказуемыми и менее подверженными помехам: кубиты сверхчувствительны к окружающим условиям, а их вычисления имеют вероятностную природу. Один и тот же алгоритм, запущенный несколько раз, может дать разные результаты. Для решения этой проблемы квантовые алгоритмы повторяют множество раз, а данные обрабатывают статистически.
Несмотря на сложности, коммерческое развитие квантовых вычислений уже началось. Крупные игроки, такие как IBM и Google, ужесточают гонку, но и новые компании вроде IQM, Pasqal и стартапы наподобие Alice и Bob активно продвигают эту область, пытаясь сделать квантовые компьютеры более надёжными и масштабируемыми. Причём внимание всё больше смещается от простого наращивания числа кубитов к созданию технологий коррекции ошибок.
Недавний прорыв продемонстрировала Google: её квантовый чип Willow показал, что увеличение количества кубитов может приводить к снижению ошибок, а это ключ к созданию больших, отказоустойчивых систем. Применение таких машин в медицине, энергетике или сфере искусственного интеллекта обещает настоящую революцию.
Пока что, спустя четыре десятилетия после идеи Фейнмана, квантовые компьютеры остаются в зачаточной стадии. Но ожидается, что в ближайшие 10 лет они сделают серьёзный рывок. Вероятностный характер кубитов по-прежнему затрудняет их масштабирование, однако именно благодаря этой особенности квантовые машины получают небывалую мощность, недоступную классическим системам.
Ещё по теме:
- Компания Figure создаст собственную ИИ-модель для своих гуманоидных роботов
- Bouncing Beholder — полноценный платформер, уместившийся всего в 1024 байта
- 10 февраля 2025: День очистки компьютера
