В наше время технологии развиваются, что называется, семимильными шагами. Прогресс настолько ускорился, что человек порой просто не поспевает за стремительными изменениями.
При этом многие эксперты прогнозируют самый настоящий прорыв в науке и технологиях, когда для решения прикладных и прочих задач начнут массово использовать квантовые компьютеры – это устройство, которое использует принципы квантовой механики для обработки информации.
В отличие от классических компьютеров, где информация кодируется в битах («0» или «1»), квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут находиться в суперпозиции состояний «0» и «1» одновременно. Это позволяет выполнять вычисления параллельно, значительно увеличивая скорость решения определенных задач.
Основой работы подобных машин являются такие явления, как суперпозиция, запутанность и квантовое туннелирование. Суперпозиция, как уже было сказано выше, позволяет кубиту находиться в нескольких состояниях одновременно, запутанность обеспечивает мгновенную связь между кубитами, а квантовое туннелирование помогает преодолевать энергетические барьеры при выполнении вычислений.
На сегодняшний день ведущие компании мира, такие как IBM, Google, D-Wave, и другие, активно разрабатывают квантовые компьютеры.
При этом сегодня данные аппараты можно условно разделить на две категории: универсальные квантовые компьютеры и специализированные квантовые устройства.
Универсальные квантовые компьютеры, такие как IBM Quantum System One, предназначены для выполнения широкого спектра задач, включая оптимизацию, моделирование сложных химических процессов и шифрование. В свою очередь, специализированные квантовые устройства, например, системы компании D-Wave, нацелены на решение узких задач, таких как оптимизация логистики или анализ больших данных.
Квантовые компьютеры уже достигли квантового превосходства — момента, когда они начинают превосходить классические суперкомпьютеры в выполнении конкретных задач. Примером этого стало достижение Google с их квантовым процессором Sycamore в 2019 году.
Квантовые компьютеры обладают рядом преимуществ, которые делают их перспективными для решения задач, недоступных классическим компьютерам. В частности, благодаря суперпозиции и запутанности кубитов, данные аппараты могут одновременно обрабатывать огромное количество данных. Они способны находить оптимальные решения в задачах с множеством переменных, таких как логистика, финансовое моделирование и разработка лекарств.
Кроме того, квантовые компьютеры идеально подходят для изучения химических и физических процессов на атомном уровне, а квантовые алгоритмы, такие как алгоритм Шора, способны взламывать любую из существующих систем шифрования, но также помогают разрабатывать новые, устойчивые к атакам.
Стоит отметить, что есть свой квантовый компьютер и в России. 50-кубитный аппарат, созданный Совместной лабораторией ФИАН (Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН) и Российским квантовым центром (РКЦ), стал важным шагом в развитии соответствующих технологий в нашей стране.
Аппарат построен на основе кубитов, реализованных в сверхпроводящих цепях, которые обладают высокой стабильностью и минимальными уровнями ошибок. Это позволяет проводить квантовые вычисления с большей точностью.
Устройство оснащено сложной системой управления и охлаждения, которая поддерживает сверхпроводимость при температуре, близкой к абсолютному нулю (-273 °C).
50 кубитов — значимое достижение, так как такие устройства приближаются к порогу «квантового превосходства». На этом этапе такой компьютер может выполнять определенные задачи, которые практически недоступны для классических суперкомпьютеров.
Стоит признать, что мы пока сильно отстаем от конкурентов. Например, IBM в 2023 году представила свой Quantum Condor с 433 кубитами. Между тем, разработка 50-кубитного квантового компьютера – это только первый шаг.
В ближайшие годы российские инженеры планируют увеличить количество кубитов, улучшить устойчивость квантовых состояний и снизить уровень ошибок в вычислениях. Кроме того, ведется работа по созданию прикладного программного обеспечения, которое позволит интегрировать квантовые технологии в существующие информационные системы.
Так, разработчики ставят перед собой цель адаптировать компьютер для решения прикладных задач в разных сферах, включая: криптографию, материаловедение, логистику и финансы.
В целом, будущее квантовых вычислений в России выглядит перспективным, несмотря на существующие вызовы, вроде западных санкций. Государственная поддержка, совместные усилия ученых и бизнеса, а также высокий уровень подготовки специалистов создают основу для того, чтобы наша страна стала одним из лидеров в области данных технологий.
