MY.UAНовости
Квантовое превосходство. Как устроены новейшие суперкомпьютеры и при чем тут кот Шредингера
Квантовое превосходство. Как устроены новейшие суперкомпьютеры и при чем тут кот Шредингера

Квантовое превосходство. Как устроены новейшие суперкомпьютеры и при чем тут кот Шредингера

Почему квантовые компьютеры работают лучше классических, насколько сложные задачи они способны решать и когда мы воспользуемся их услугами.

Все началось в далеком 1900 году, когда немецкий физик-теоретик Макс Планк сделал предположение: энергия поглощается не непрерывно, а по частям. Эти части он назвал квантами (от лат. quantum — "сколько"). А потом понеслось: его гипотеза стала основой для открытий, совершенных Эйнштейном, Бором, Резерфордом, Шредингером и другими физиками, некоторые из которых получили нобелевские премии.

Возможно, в это сложно поверить, но непостижимая и труднообъяснимая квантовая физика нашла практическое применение. Каждый раз, беря в руки флеш-накопитель или CD, вспоминайте об этом.

Но флешки и диски исследователей не удовлетворяли, поэтому они решили "скрестить" квантовую физику и компьютерные вычисления. В результате получился загадочный аппарат со множеством трубочек, призм, зеркал, лазеров, но без монитора — квантовый компьютер. Как недавно показала практика, квантовый процессор ("мозг" компьютера) способен за час справиться с задачей, на которую у суперкомпьютера размером с ангар ушло бы восемь лет.

Таких результатов достигли ученые Китайского университета науки и технологий в Шанхае. Перспективы у этих устройств самые радужные: инженеры мечтают, что в считаные минуты квантовые ПК смогут создать самый совершенный шифр и навсегда покончить с хакерскими атаками, ускорить разработку систем искусственного интеллекта, провести расчеты для фармацевтов, которые помогут в создании действенных и безопасных лекарств. Но до этого далеко. На данном этапе ученые борются за то, чтобы доказать всему миру: квантовые компьютеры способны превзойти классические аналоги.

Как устроен квантовый компьютер

Вся вычислительная техника, включая ПК, работает на основе двоичной системы, состоящей из 0 и 1 (их принято называть битами). Применение этих двух символов упростило и удешевило производство чипов — "мозгов" компьютера. Когда происходит вычислительный процесс, то микропереключатели, которыми оснащен чип, либо проводят ток, либо нет. То есть они постоянно переключаются с 0 на 1 и обратно. Таким образом, им под силу находиться в одном из состояний — "вкл." или "выкл.", 0 или 1.

Макс Планк. Немецкий физик-теоретик, основоположник квантовой физики

Работа квантового чипа основана на иной системе, состоящей не только из 0 и 1, но и из промежуточных значений и их комбинаций, благодаря чему переключатели чипа занимают положение между 0 и 1 или могут быть в положении 0 и 1 одновременно. Тут стоит вспомнить кота Шредингера, который, согласно условиям мысленного эксперимента, может быть и жив, и мертв одновременно. То же самое происходит с квантовыми битами (кубитами).

Так в чем же смысл? Выходит, что пока ПК думает над конкретными ответами, квантовый аналог гадает на кубитной гуще? Квантовый компьютер действительно выдает результаты с точки зрения вероятности, но его привлекательность в другом.

Память в кубитах: без конца и начала

Для вычислительной техники важный параметр — память. Классические приборы устроены так, что в определенный момент их программа работает с какой-то ячейкой памяти, что ограничивает возможности устройства. Квантовый компьютер способен одновременно работать со всеми ячейками памяти, благодаря описанной выше "переменчивости" кубитов. Физики утверждают, что теоретически кубиты могут обладать бесконечным количеством памяти. "В квантовых компьютерах кубиты с какой-то вероятностью находятся в состоянии 0 или 1. Вероятность — это число. Чтобы записать это число как можно более точно, необходимо бесконечное количество нолей и единиц. Поэтому в теории 1 кубит — это физическая система с бесконечным количеством памяти", — поясняет в своем докладе физик Анатолий Дымарский.

Кто не шокирован квантовой теорией, тот ее не понял

датский физик-теоретик и общественный деятель
Нильс Бор

Однако пока не существует метода, позволяющего провести точное измерение и сделать предлагаемую точную запись на практике. Поэтому объемы квантовой памяти все же ограничены, но все равно впечатляют. Ученый приводит пример. Итак, память вашего ноутбука равна 15 кубитам, суперкомпьютер имеет память, равную 40 кубитам, а вот 60 кубитов способны уместить всю память всех вычислительных центров мира, вместе взятых. Именно в колоссальной емкости кубитов и состоит вся прелесть квантовых вычислений.

С третьего раза: как проходит поиск самого лучшего решения

Но вернемся к математическим способностям такого компьютера. На первый взгляд он кажется бесполезным в плане вычислений: тогда как суперкомпьютер дает четкий и конкретный ответ, квантовый аналог разбрасывается массой вариантов. Кого такое может устроить? Поверьте, многих.

Квантовый компьютер IBM. Инженеры IBM опытным путем доказали, что квантовые компьютеры эффективнее классических
Фото: Getty Images

Итак, находясь в положении кота Шредингера, квантовая система просчитывает все возможные варианты решения задач, ищет самые оптимальные из них и предлагает лучший в качестве наиболее подходящего. Получив пул корректных ответов, мы сможем проверить, насколько они правильные. Если ответы были неправильными, стоит произвести расчеты еще раз. В итоге достаточно будет трех перезапусков, чтобы получить идеально правильный ответ.

Квантовая "перепутанность": в чем минусы системы

Как это ни странно, но чем больше памяти у квантового компьютера, тем сложнее с ним работать. Так что в кубитах его сила и слабость одновременно. Дело в том, что с увеличением количества квантовых битов и, следовательно, памяти система усложняется и ее становится все труднее поддерживать в изолированном состоянии, а это обязательное условие, иначе ничего не будет работать.

Также важен временной параметр: чем дольше вы эксплуатируете систему, тем более нестабильной она становится. При нестабильном состоянии увеличивается вероятность ее взаимодействия с окружающей средой, и если это случится, то ячейки квантовой памяти разрушатся и превратятся в шум. Именно по такой причине ученые ограничивают количество операций с кубитами. Это представляет большую проблему, стоящую на пути развития квантовых вычислений.

Бен Браун и Пабло Бонилья Атайдес. Атайдес, студент из Австралии, придумал революционный алгоритм для квантовых компьютеров. В этом ему помог научный руководитель Браун

Но есть и подвижки. Студент Сиднейского университета Пабло Бонилья Атайдес, похоже, нашел способ сделать так, чтобы снизить чувствительность кубитов к внешней среде. Большинство ученых, занимающихся данной проблемой, устраняют шумы путем охлаждения устройства до крайне низких температур. Но не во всех случаях метод эффективен. Атайдес предлагает корректировать ошибки путем переключения состояний кубитов таким образом, чтобы их положение во время помех было наиболее оптимальным.

Кто достиг квантового превосходства

Не так давно инженеры компании IBM заявили, что им удалось опытным путем доказать: квантовые компьютеры эффективнее классических. В своей работе ученые исследовали "вычисления в ограниченном пространстве", позволяющие продемонстрировать фундаментальное преимущество вычислений с кубитами над классическими битами. Исследователи математически доказали, что существуют задачи, которые классический компьютер не может вычислить, так как ограничен лишь единицей и нулем, но квантовый компьютер может с ними справиться. На теории ученые не остановились и провели эксперимент, при участии неидеального ("шумного") квантового компьютера и классического. Для решения задачи обычный компьютер использовал электросхему с одним логическим элементом с двумя входами и одним регистром (битом) для хранения промежуточных результатов. Квантовая же схема строилась на четырех кубитах, три из которых кодировали входящий сигнал, а четвертый хранил промежуточный результат.

Важно Магический графен: ученые вывели квантовую электронику на новый уровень

Каждая из систем получала данные, обрабатывала и выдавала результат. Обычный компьютер получал нули и единицы. Если нулей было больше, чем единиц, то он должен был выдать ответ "0". Если единиц было больше, то правильным был ответ "1". В итоге классический компьютер дал правильный результат в 87,5% случаев, тогда как квантовый аналог преуспел в 93% случаев. Тест показывает, что квантовые компьютеры, даже "шумные", являются более мощными вычислительными инструментами.

Где и как мы сможем применить квантовые вычисления

Сфера применения №1 — криптография. Квантовый компьютер способен будет спроектировать систему связи, которой не страшны ни взлом, ни прослушивание. Дело в том, что квантовая криптография основывается не на правилах математики, а на правилах физики. Это значит, что информация переносится по каналам связи не в виде цифрового кода, а с помощью объектов квантовой механики, обладающих физическими средствами. Такими объектами могут служить электроны в электрическом токе или фотоны в линиях волоконно-оптической связи. Если кто-то захочет подслушать ваш разговор, который вы ведете при помощи квантового смартфона, вы тут же об этом узнаете. Система зафиксирует сторонние шумы, свидетельствующие о том, что третья сторона разрушает исходные сигналы, пытаясь вклиниться.

Квантовые вычисления будут применяться в фармаколо­гии, логистике, энергетике и проектиро­вании систем искусственно­го интеллекта

Квантовые вычисления также будут использоваться в биоинженерии, например, для моделирования ДНК-молекул. Принести пользу они могут и фармакологам при разработке препаратов, ведь при расчетах протеины рассматриваются в качестве микроскопических квантовых объектов. Они, как и кубиты, принимают самые разные состояния, а потому симулировать их поведение наиболее точно сможет квантовый компьютер.

Понять, как взаимодействуют атомы тех или иных веществ, и смоделировать новый материал тоже помогут кубиты. Возможно, ученым удастся легко и просто придумать "новый графен".

Важно Доказано на практике: квантовые компьютеры наконец превзошли классические ПК

Алгоритмы машинного обучения, на работе которых базируется любая ИИ-система, требуют недюжинных вычислительных мощностей, с которыми как нельзя лучше справится квантовое вычислительное устройство. Такие отрасли, где нужно одновременно решать множество задач, также требуют эффективности квантовых вычислений. К ним относятся транспортные системы, логистика, энергетика. Наконец, с появлением все большего количества устройств наступит эра квантового интернета, прототип которого уже разрабатывают в Нидерландах.

Теги по теме
наука
Поделиться
Поделиться сюжетом
Источник материала
Неизвестная инфекция в Украине: врач обнаружил необычные симптомы
MY.UA
2026-09-27T00:20:26Z
Никто не спасется: ужасный сценарий последствий войны угрожает каждому украинцу
Comments UA
2026-09-24T11:18:59Z
Какие продукты убивают почки: их нельзя включать в ежедневный рацион, особенно людям за 50
TSN
2026-09-21T12:48:11Z
Переход на зимнее время 2026: стало известно, когда украинцы переведут стрелки часов
Comments UA
2026-09-23T08:33:35Z
Не только для бодрости: какая польза утреннего кофе для сердца, кишечника и печени
UAToday
2026-09-27T02:27:43Z
Диетологи назвали специю №1 для снижения холестерина
UAToday
2026-09-27T02:27:26Z
Никакого света в конце тоннеля: мужчина после 7 минут остановки сердца описал странные видения
TSN
2026-09-24T21:18:39Z
От чего зависит продолжительность жизни: ученые обнаружили неожиданный фактор
TSN
2026-09-24T13:21:44Z
Он просто лечил простуду: как препараты с парацетамолом едва не стоили студенту жизни
Comments UA
2026-09-24T18:03:12Z
Джиган расстрелял свой персонал в Подмосковье: держал людей в заложниках, дети прятались в шкафу — СМИ
TSN
2026-09-23T07:48:32Z
Во Львове ТЦК ударил в живот и распылил перцовый баллончик в глаза 21-летнему сыну бойца ВСУ
Знай
2026-09-27T01:45:42Z
Серия мощных взрывов прогремела в Польше: первые подробности масштабного ЧП
Фокус
2026-09-18T14:30:24Z
Водитель заснул за рулем: автобус перевернулся на трассе, много погибших и травмированных
TSN
2026-09-26T09:12:05Z
Одесская область под ударом: российская атака дронов оставила руины и раненых
MY.UA
2026-09-27T01:52:29Z
Разрушительный удар: российский беспилотник уничтожил склад мороженого «Рудь» в Житомире
MY.UA
2026-09-27T01:06:31Z
Массовая стычка во время паломничества: в Умани хасиды подрались с местными жителями
Comments UA
2026-09-14T11:42:26Z
До последнего следил за движением ракет: в переходе Киева умер мужчина во время атаки
TSN
2026-09-24T08:51:16Z
Большой областной центр под атакой РФ: есть «прилет», под ударом критическая инфраструктура — первые детали
TSN
2026-09-21T11:22:43Z
Что означает маркировка С1 на яйцах: где купить дешевле и как выбрать свежий десяток
Знай
2026-09-26T22:31:43Z
Назвали города мира с лучшими условиями для жизни: в рейтинге пять украинских
Gazeta UA
2026-09-21T07:52:36Z
Гороскоп на 27 сентября 2026 года по картам Таро для всех знаков зодиака
UAToday
2026-09-27T02:27:41Z
Астрологи назвали 3 категории людей, которых ожидают кардинальные изменения до конца года
Знай
2026-09-26T09:57:02Z
Полнолуние станет счастливым периодом в любви для трех знаков зодиака – кто они
GlavRed
2026-09-27T02:03:07Z
Психологи назвали «четырёх всадников» разрыва: какая ошибка в разговоре разрушает отношения
Знай
2026-09-26T21:45:33Z
Пять фраз свекрови, которые разрушают брак медленно и без всякого скандала
Gazeta UA
2026-09-17T12:00:26Z
Когда нужно солить отбивные, чтобы они получились нежными и сочными: секрет профессиональных поваров
TSN
2026-09-21T08:18:30Z
Эти знаки Зодиака в сентябре потеряют самое дорогое в жизни
Comments UA
2026-09-16T09:30:05Z
46-летняя Витвицкая стала мамой: первые фото сына и трогательные слова
MY.UA
2026-09-26T17:09:45Z
Леся Никитюк раскрыла сюрприз: годовалый сын Оскар покорил Закарпатье
MY.UA
2026-09-26T23:34:19Z
Не стало звезды Канн и музы Высоцкого: актриса умерла в 88
MY.UA
2026-09-25T07:47:35Z
Парикмахеры назвали одиннадцать коротких стрижек, которые все захотят осенью 2026 года
TSN
2026-09-26T15:36:52Z
Тарас Тополя шокировал заявлением: свидания в прошлом, имеет "багаж травм"
MY.UA
2026-09-26T23:49:43Z
Вакарчук и Jerry Heil впервые выпустили совместную песню "Дві весни": история началась 10 лет назад
Знай
2026-09-26T20:57:16Z
Известный продюсер раскрыл правду о мужчине Натальи Могилевской и какой она является мамой
TSN
2026-09-23T10:49:11Z
Раскрыли истинную причину смерти Гайден Панеттьери
Gazeta UA
2026-09-23T06:36:40Z
Российский певец украл ребенка, тайком вывез от родителей и спал с ней в Москве
GlavRed
2026-09-17T11:00:52Z
Неожиданный поворот: названа истинная причина смерти Сергея Соседова
MY.UA
2026-09-26T15:52:48Z
Автоматического пересчета не будет: пенсионеры должны лично сообщить ПФУ
Знай
2026-09-26T18:45:55Z
"Мама, мы умрем": путинист Джиган расстрелял персонал и держал заложников
GlavRed
2026-09-23T08:33:34Z
Какой церковный праздник 21 сентября: три главных запрета дня
Comments UA
2026-09-21T04:03:26Z
Реформа после девятого класса: как помогут выбрать профильный лицей
Знай
2026-09-27T02:57:43Z
Кто из мужчин может выехать за границу в 2026 году: перечень категорий и документов
UAToday
2026-09-27T02:27:53Z
Рождество Пресвятой Богородицы 21 сентября: традиции и запреты Второй Пречистой
Знай
2026-09-21T04:27:16Z
Уникальный случай: жительница Ровно родила двойняшек с разницей в трое суток
MY.UA
2026-09-26T06:54:17Z
Несчастный случай на учениях НАТО: четверо итальянских военных ранены
MY.UA
2026-09-26T04:51:03Z
Москва объявила об окружении: в США ответили, действительно ли Украина в шаге от потери еще одного города
Comments UA
2026-09-23T05:24:35Z
К Украине приближается опасность, а за ней — ещё более сильная волна похолодания: синоптики забили тревогу и назвали даты
TSN
2026-09-15T18:06:56Z
Гороскоп на воскресенье 27 сентября: Овнов спровоцируют на ссору, а Козерогам – денежный шанс
Знай
2026-09-27T01:15:58Z
Массированный удар по западу Украины: стало известно, кто помогал россиянам
Comments UA
2026-09-25T12:00:10Z
Гороскоп на воскресенье 27 сентября 2026 года
UAToday
2026-09-27T02:27:43Z
Сеть сбоит, телеканалы не работают: что известно о последствиях атак на дата-центры Киева
UAToday
2026-09-27T02:27:28Z
Хаотическая застройка и проблемы с канализацией: почему старый генплан не устраивает жителей Львовщины
Знай
2026-09-26T10:36:42Z
В Киеве «прилет» у вокзала: в «Укрзализныце» сделали срочное заявление
TSN
2026-09-23T09:06:39Z
Железнодорожник ранен во время атаки на Киев: "Укрзалізниця" предупреждает пассажиров
MY.UA
2026-09-23T07:29:34Z
Еще страшнее, чем война: в ООН предупредили, что мир оказался на грани новой беды
Знай
2026-09-25T16:46:15Z
Этот трюк с батареями сделает ваш дом втрое теплее: вот что нужно сделать
TSN
2026-09-25T14:06:45Z
На Земле нашли огромную "инопланетную базу": есть ли угроза для человечества
Знай
2026-09-24T07:01:28Z
Миллиарды жизней в опасности: Билл Гейтс сделал жуткое предупреждение об ИИ
UAToday
2026-09-27T02:27:38Z
Мозг собак обрабатывает человеческую речь так, как раньше считалось свойственным только людям
UAToday
2026-09-27T02:27:40Z
Астрономы впервые обнаружили в Млечном Пути микроблазар: что это такое
ZN UA
2026-09-27T01:34:17Z
На Земле появится новый океан: ученые ошарашили своим прогнозом
Знай
2026-09-26T20:15:59Z
Миллионы просмотров в 83 года: украинская бабушка стала звездой соцсетей, что произошло
GlavRed
2026-09-16T14:09:38Z
Apple должна выплатить рекордные 5,7 млрд долларов по делу о тактильных технологиях — Reuters
ZN UA
2026-09-26T18:23:25Z
Путин раскрыл карты: кто на самом деле хочет и дальше продолжать войну против Украины
Comments UA
2026-09-25T08:39:37Z
Зеленский такого даже не ожидает: что на самом деле угрожает президенту после войны
Comments UA
2026-09-23T14:42:46Z
Портников раскрыл, что может заставить Кремль остановить войну: «Другой возможности не было»
TSN
2026-09-27T01:06:33Z
Элитная квартира в столице и роскошный автопарк: Bihus.Info раскрыли тайное состояние министра Кима
Comments UA
2026-09-23T08:42:50Z
Ядерные амбиции: Саудовская Аравия не исключает разработки оружия, вызывая беспокойство США
MY.UA
2026-09-27T02:54:00Z
Польша предлагает $15 тысяч за каждого солдата США: амбициозный план укрепления обороны
MY.UA
2026-09-27T02:38:38Z
Чем завершилась встреча Зеленского и Трампа: стал ли мир в Украине ближе
Comments UA
2026-09-23T07:51:12Z
От врача до миллионерши: жена фигуранта «Карфагена» заработала 17 «лимонов» — расследование
TSN
2026-09-23T07:48:42Z
Неожиданный поворот: G20 может стать шансом для прекращения войны?
MY.UA
2026-09-26T10:29:44Z
Часть украинцев может получить дополнительные 20% к пенсии: кому дадут деньги
TSN
2026-09-26T17:51:28Z
Пенсию повысят на 2830 гривен: максимальная выплата достигнет 28 780 грн
Знай
2026-09-25T06:55:08Z
Средняя пенсия выросла на 11,2%: кому прибавили больше всего
Знай
2026-09-26T20:45:32Z
Украинские банки ужесточили правила снятия налички: сколько денег выдаст банкомат
Знай
2026-09-26T06:00:49Z
В бюджете может не хватить денег на выплаты военным
Знай
2026-09-27T02:45:38Z
Скидка пятьдесят процентов: кто из семей может платить за коммуналку вдвое меньше
Знай
2026-09-27T02:37:58Z
Украина обошла десятки стран: в каком мировом рейтинге резко поднялась страна
Comments UA
2026-09-26T15:21:04Z
Атака РФ на Киев: 18 поездов Укрзализныци задержались до 7 часов
MY.UA
2026-09-27T00:35:49Z
Новые правила отключения должников за коммуналку: что теперь запрещено
Знай
2026-09-27T00:45:20Z
Сербского тренера, который радовался российскому обстрелу квартиры украинской теннисистки, лишили лицензии
ZN UA
2026-09-15T08:06:24Z
Украина сенсационно обыграла Китай на шахматной Олимпиаде-2026
ZN UA
2026-09-26T18:38:33Z
Молодежная сборная Украины не смогла выйти на Евро-2027
ZN UA
2026-09-26T22:17:35Z
Российский боксер с пулеметом бросил вызов Усику: реакция соцсетей
MY.UA
2026-09-13T11:49:57Z
Польша защитила титул чемпиона Европы по волейболу
ZN UA
2026-09-26T22:59:53Z
Старый знакомый: кто будет судить матч Грузия – Украина в Лиге наций?
MY.UA
2026-09-26T22:17:13Z
Сбежавший из Украины футболист-предатель перешел в клуб российской медиалиги "Амкал"
ZN UA
2026-09-15T17:12:20Z
Гимнастка Оноприенко пережила обстрел Киева: «Смерть была в нескольких секундах»
MY.UA
2026-09-24T04:48:40Z
Съел 54 хот-дога за один раз: известный рекордсмен скончался в возрасте 49 лет
Фокус
2026-09-23T18:36:56Z
Ступни видно: Представлена детализированная статуэтка Завтра из Death Stranding 2: On the Beach
GameMag
2026-09-24T21:26:50Z
Стань заметным: полиция напоминает, как обычный фликер может спасти вашу жизнь на ночной дороге. ВИДЕО
Новости Украины
2026-09-20T19:54:47Z
Subaru пересмотрела комплектацию модели Crosstrek: что изменилось
Фокус
2026-09-21T20:00:39Z
SpaceXAI представила Grok 4.7: модель обошла GPT-6 Astra и бросила вызов Anthropic
ZN UA
2026-09-22T05:30:08Z
Новое правило для водителей уже через несколько дней: что изменится с октября
Знай
2026-09-26T07:57:31Z
Тест на внимательность: нужно найти ключи среди автомобилей за 10 секунд
GlavRed
2026-09-26T01:36:11Z
Продали авто - готовьте деньги: когда придется делиться с государством
Знай
2026-09-15T23:21:27Z
Как развивать навыки вождения на Позняках
Новости Украины
2026-09-19T07:18:11Z
В Киеве "засветился" ультралюксовый электрический кроссовер Maybach
Фокус
2026-09-25T17:21:40Z