Квантовый компьютер. Введение

Квантовый компьютер – принципиально новые вычислительные возможности. Информация в таких компьютерах хранится в кубитах.

КУБИТЫ

Если обычный компьютерный бит имеет лишь два состояния – ноль или единицу – кубит может находиться в состоянии суперпозиции (может быть одновременно и нолем и единицей). По сути это оптическое устройство, состоящее из проводников, призм и зеркал и передающее квантовую информацию.

Ещё одна особенность кубитов — зависимость значения от измерения.

Это значит, что ты не узнаешь значение кубита до тех пор, пока его не измеришь, а сам факт измерения тоже влияет на значение кубита. Классика в квантовой физике. Взять ту же загадку наблюдения за квантовой физикой (спойлер: если за ней наблюдать, то она становится вполне обычной).

Именно благодаря тому, что кубит находится во всех состояниях одновременно до тех пор, пока его не измерили, компьютер мгновенно перебирает все возможные варианты решения. Получается, что решение становится известно сразу, как только введены все данные. Суперпозиция и даёт ту параллельность в вычислениях, которая ускоряет работу алгоритмов в разы.

Вся сложность в том, что результат работы квантового компьютера — это правильный ответ с какой-то долей вероятности. И нужно строить алгоритмы таким образом, чтобы максимально приблизить вероятность правильного ответа к единице.

ПРИМЕНЕНИЕ

Одно из самых важных применений квантового компьютера сейчас — разложение на простые числа. Дело в том, что вся современная криптография основана на том, что никто не сможет быстро разложить число из 30–40 знаков (или больше) на простые множители. На обычном компьютере на это уйдёт миллиарды лет. Квантовый компьютер сможет это сделать примерно за 18 секунд.

Это означает, что любые алгоритмы шифрования можно будет сразу взломать и получить доступ к чему угодно. Это касается всего — от банковских переводов до сообщений в мессенджере. Возможно, наступит интересный момент, когда обычное шифрование перестанет работать, а квантовое шифрование ещё не изобретут.

Ещё квантовые компьютеры отлично подходят для моделирования сложных ситуаций, например, расчёта физических свойств новых элементов на молекулярном уровне.

Сейчас квантовые компьютеры всего этого не умеют — они слишком сложные в производстве и очень нестабильные в работе. Максимум, что можно пока сделать, — заточить квантовый компьютер под единственный алгоритм, чтобы получить на нём колоссальный выигрыш в производительности. Как раз для этих целей их и закупают крупнейшие компании — чтобы быстрее решать одну-две самые важные для себя задачи.