Квантовый компьютер – что это простыми словами, принцип действия

Очередной привет всем читателям моего блога! Вчера в новостях проскочила в очередной раз пара сюжетов о “квантовом” компьютере. Мы из школьного курса физики знаем, что квант – это некая одинаковая порция энергии, еще есть словосочетание “квантовый скачок”, то есть  мнгновенный переход с некоего уровня энергии на еще более высокий уровень.. Давайте вместе разбираться, что такое квантовый компьютер, и что нас всех ожидает, когда появится эта чудо машина

Я впервые начал интересоваться  этой темой при просмотре  фильмов про Эдварда Сноудена. Как известно, этот американский гражданин собрал несколько терабайт  конфиденциальной информации (компромата)  о деятельности спецслужб США,  хорошенько зашифровал ее и выложил в Интернет. “Если, сказал он, со мной что-нибудь случиться, информация будет расшифрована и станет таким образом доступна для всех.”

Расчет был на то, что информация эта “горячая”, будет актуальна еще лет десять. А расшифровать ее можно современными вычислительными мощностями то же не меньше, чем через десять или больше  лет. Квантовый же  компьютер  по ожиданиям разработчиков справится с этой задачей минут за двадцать пять.. Криптографы в панике. Вот такой “квантовый” скачок нас скоро  ожидает, друзья.

Принципы работы квантового компьютера для чайников

Раз мы уж заговорили о квантовой физике, давайте немножко поговорим о ней. Я не буду углубляться в дебри друзья. Я ведь “чайник”, а не квантовый физик. Лет сто назад Энштейн опубликовал свою теорию относительности. Все умные люди того времени удивлялись, как много в ней парадоксов и невероятных вещей.  Так вот, все пародоксы Энштейна, описывающие законы нашего мира   –  просто  невинный лепет пятилетнего ребенка по сравнению с тем,  что твориться на уровне атомов и молекул.

Сами “квантовые физики”, описывающие явления происходящие на уровнях электронов и молекул говорят примерно так: ” Это невероятно. Этого не может быть. Но это так. Не спрашивайте нас, как это все работает. Мы не знаем, как и почему. Мы просто наблюдаем. Но это работает. Это доказано экспериментально.  Вот формулы, зависимости и записи экспериментов.”

Так в чем же разница между обычным и квантовым компьютером? Ведь обычный компьютер тоже работает на электричестве, а электричество –  это куча очень маленьких частиц – электронов?

Наши с Вами компьютеры работают по принципу или “Да” или “Нет”.  Если есть ток в проводе, это “Да”или “Единица”. Если тока в проводе  “Нет”, то это “Ноль”. Вариант  значения “1 “и “0” есть единица хранения информации под названием “Бит”.. Один байт это 8 бит и так далее и так далее…

Теперь представьте  ваш процессор, на котором 800 миллионов таких “проводов” на каждом из которых за секунду  появляется и исчезает  такой  вот “ноль” или “единица”. И вы мысленно можете вообразить, как он обрабатывает информацию. Вы сейчас читаете текст, но на самом деле это совокупность нулей и единиц.

Путем перебора  и  вычислений Ваш компьютер обрабатывает  Ваши запросы в Яндексе, ищет нужные  до тех пор, пока не решит задачу и  путем исключения  не  докопается до нужной Вам . Выводит на монитор шрифты, картинки в читаемом для нас виде… Пока надеюсь ничего сложного? А картинка  – это тоже нули и единицы.

Представьте теперь  себе друзья на секунду модель нашей солнечной системы.  В центре Солнце, вокруг него  летит Земля. Мы знаем, что она в определенный момент всегда находится в определенной точке пространства и через секунду  она уже  улетит на тридцать километров  дальше.

Так вот, модель атома то же планетарная, там атом  тоже вращается вокруг ядра. Но ДОКАЗАНО, друзья, умными парнями в очках, что атом в отличии от Земли одновременно и всегда находится во всех местах..Везде и нигде одновременно.   И назвали  они это замечательное явление “суперпозицией”. Для того, чтобы познакомится поближе и другими  явлениями квантовой физики, предлагаю глянуть научно-популярный фильм, где простым языком рассказывается о сложном и в довольно  оригинальной форме.

Продолжим. И вот на смену “нашему” биту приходит квантовый бит. Его еще называют “Кубит”. У него то же всего два исходных  состояния “ноль” и “единица”. Но, так как природа его “квантовая”, то он может  ОДНОВРЕМЕННО принимать все  возможные промежуточные значения. И одновременно находиться в них. Теперь значения не надо последовательно вычислять, перебирать.., долго искать в базе. Они известны уже заранее, сразу. Вычисления идут параллельно.

Первые “квантовые” алгоритмы  для  математических вычислений были придуманы еще  математиком из Англии Питером Шором в 1997 году. Когда он показал их миру, все шифровальщики здорово напряглись, так как существующие шифры “раскалываются” этим алгоритмом за несколько минут.. Вот только компьютеров, работающих по квантовому алгоритму тогда еще не было.

С тех пор с одной стороны идет работа по созданию физической системы, в которой бы работал квантовый бит. То есть “железа”. А с другой стороны уже придумывают защиту от  квантового взлома и расшифровки данных.

А что сейчас ? А вот так выглядит квантовый процессор под микроскопом  на 9 кубит от фирмы Google.

Неужели они нас обогнали? 9 кубит или по “старому” 15 бит, это не так много пока еще. Плюс дороговизна, масса технических проблем и короткое время “жизни” квантов. Но вспомните что сначала были 8 битные, потом появились 16 битные процессоры… Так будет и с этими …

Квантовый компьютер в России – миф или реальность?

А мы что же? А мы то же не за печкой родились. Вот нарыл фото первого российского Кубита под микроскопом. Тут правда он один.

Тоже выглядит как  некая “петля”,  в которой происходит нечто  для нас пока не познанное. Отрадно думать, если наши при поддержке государства разрабатывают свое. Так что отечественные разработки это уже не миф. Вот оно, наше будущее. Каким оно будет, посмотрим.

Последние новости о квантовом компьютере России мощностью 51 кубит

Вот новости этого лета. Наши дядечки (честь им и хвала!) разработали самый мощный в мире (!) квантовый (!) компьютер  51 кубит(!)т. Самое интересное то, что до этого Google анонсировало свой компьютер на 49 кубит. И по их оценкам они должны были его закончить через месяц или около того. А наши решили показать уже готовый, свой квантовый процессор на 51 кубит.. Браво! Вот какая идет гонка. Нам хотя бы не отставать. Потому что ожидается  большой прорыв в науке, когда  эти системы заработают. Вот фото человека, который  представлял нашу разработку на “квантовом” международном форуме.

Фамилия этого ученого – Михаил Лукин. Сегодня его имя в центре внимания. Невозможно создать такой проект в одиночку, мы это понимаем. Он и его команда создали на сегодня самый мощный в мире(!) квантовый компьютер или процессор. Вот что говорят по этому поводу  компетентные лица:

«Квантовый компьютер функционирующий, он гораздо страшнее атомной бомбы, — отмечает сооснователь Российского квантового центра Сергей Белоусов. — Он (Михаил Лукин) сделал систему, в которой больше всего кубитов. На всякий случай. На данный момент, я думаю, это более чем в два раза больше кубитов, чем у кого-либо другого. И он специально сделал 51 кубит, а не 49. Потому что Google всё время говорили, что сделают 49».

Впрочем, сам Лукин и руководитель квантовой лаборатории Google Джон Мартинес конкурентами или соперниками себя не считают. Учёные убеждены, что их главным соперником является природа, а основной целью — развитие технологий и их внедрение для продвижения человечества на новый виток развития.

«Неправильно думать об этом, как о гонке, — справедливо считает Джон Мартинес. — Настоящая гонка у нас с природой. Потому что это действительно сложно — создать квантовый компьютер. И это просто захватывающе, что кому-то удалось создать систему с таким большим количеством кубитов. Пока 22 кубита — это максимум, что мы могли сделать. Хоть мы и использовали всё своё волшебство и профессионализм».

Да, все это очень  интересно. Если вспомнить аналогии, когда изобрели транзистор, никто не мог знать, что на этой технологии через 70 лет будут работать компьютеры. В одном только  современном процессоре количество их достигает 700 миллионов..Первый компьютер весил много тонн и занимал большие площади. Но персональные компьютеры все равно  появились – много позже…

Я думаю, что пока нам в ближайшее время не стоит ждать появления в наших магазинах устройств такого класса. Многие их ждут. Особенно добытчики криптовалют  много спорят по этому поводу. С надеждой взирают на него ученые, и с пристальным вниманием – военные. Потенциал этой разработки как мы понимаем, до конца не ясен.

Ясно только, что когда это все заработает, оно потащит вперед за собой всю наукоемкую промышленность.Постепенно появятся новые технологии, новые отрасли, новый софт.. Время покажет.

Только  бы не подвел  человеков  свой собственный квантовый компьютер, данный нам при рождении – это наша голова. Так что, пока не спешите выкидывать на помойку свои гаджеты. Они долго Вам еще послужат.  Пишите, если статья была интересной. Заходите чаще. До свидания!