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
"Евровидение" меняет правила: как зрители будут голосовать уже с 2026 года
Новости Украины
2025-11-21T22:03:37Z
Российская певица после скандального развода проводит свое время с предающим Украину рэпером
Comments UA
2025-11-21T21:15:48Z
Состояние крайне тяжелое: появились новые подробности о здоровье Степана Гиги
Comments UA
2025-11-21T20:00:15Z
Коммунальные счета звезд: Камалия рассказала, во сколько обходится содержание ее дома
Comments UA
2025-11-21T19:12:06Z
Норвежка в костюме гигантского лосося ошеломила на конкурсе красоты "Мисс Вселенная 2025"
Comments UA
2025-11-21T18:42:09Z
"Мисс Вселенная" стала представительница Мексики после скандала
UAToday
2025-11-21T13:54:41Z
Инсайд: Ремейк Assassin’s Creed IV: Black Flag выйдет до 31 марта 2026 года
GameMag
2025-11-21T13:09:17Z
Звезда "Зважених та щасливих" Марина Боржемская рассекретила новые отношения
Фокус
2025-11-21T13:00:54Z
Ирина Билык шокировала фото с Залужным в Лондоне: громкие детали
Comments UA
2025-11-21T12:39:32Z
Украинцы получат "нулевые" платежки за коммуналку: кто и за что сможет не платить
Знай
2025-11-22T04:06:20Z
Куда инвестировать в 2025 году: три актива, которые принесут украинцам стабильные 12%
Comments UA
2025-11-22T03:21:25Z
"Ощадбанк" блокирует пенсии: почему старики остаются без денег на жизнь
Знай
2025-11-22T03:12:51Z
Почему в одних регионах "света" больше, а в других - меньше: о справедливости речь не идет — Минэнерго
ZN UA
2025-11-22T01:54:50Z
График отключения на 22 ноября: часов со светом будет больше
GlavRed
2025-11-21T21:53:48Z
Новый график движения поездов из Днепра: "Укрзализныця" предупредила об изменениях в расписании
Политека
2025-11-21T21:02:02Z
Скидки на российскую нефть в Индии выросли до $6 из-за санкций США
Корреспондент
2025-11-21T20:18:50Z
Голодать не придется: ПФУ объяснил, как можно увеличить пенсию
Знай
2025-11-21T20:12:42Z
Массированные ракетно-дроновые атаки повредили все ТЭС и ГЭС Украины, - Минэнерго
Новости Украины
2025-11-21T19:57:45Z
Виктор Орбан: Европейцы решили вступить в войну
ZN UA
2025-11-22T01:56:39Z
В Британии вынесли приговор политику, которого подкупил Медведчук
TSN
2025-11-21T22:24:41Z
Зеленскому придется одобрить американский план — Трамп
ZN UA
2025-11-21T22:09:06Z
Politico: в ЕС возмущены пунктами "мирного плана" США по использованию росактивов
Европейская правда
2025-11-21T22:03:03Z
Премьер Норвегии подтвердил, что Европа готовит ответ на "мирный план" США для Украины
Европейская правда
2025-11-21T21:51:19Z
Николай Томенко о цели принятия множественного гражданства: «Куча народа бежала от преследования»
Знай
2025-11-21T21:42:40Z
"Мирный план" США по войне России против Украины: какова реакция Евросоюза
TSN
2025-11-21T21:36:36Z
«Обратиться к психиатру»: в Европе резко высказались об идее Трампа прикарманить 50% прибыли от росактивов
Новости Украины
2025-11-21T21:36:29Z
Мировые лидеры назвали новые сроки завершения войны в Украине: к чему готовиться
Знай
2025-11-21T21:30:10Z
Над Сызранием раздалось до 10 взрывов: россияне заявляют об атаке дронами
TSN
2025-11-22T02:51:11Z
Чудо в Тернополе: спасатели достали живым 20-летнего Богдана, который 10 часов пролежал зажатый под завалами
TSN
2025-11-21T20:39:21Z
ФАБ-500 по спальному району: пятеро погибших и десять раненых в Запорожье после удара авиабомбой
TSN
2025-11-21T19:09:14Z
Тернопольские спасатели вернули хозяевам двух кошек после взрыва
TSN
2025-11-21T18:18:38Z
На Дніпропетровщині розвивають унікальне виробництво крафтового алкоголю з власної сировини
AgroNews
2025-11-21T14:22:32Z
Военный ТЦК получил перелом ноги после стычки с двумя женщинами: как это произошло
TSN
2025-11-21T14:21:17Z
В Тернополе среди руин многоэтажки нашли кошку
Комсомольская правда
2025-11-21T14:18:40Z
В ТЦК Одессы произошел взрыв – есть жертва
Лига
2025-11-21T13:57:49Z
В Одесской области правоохранители устроили "охоту" на уклонистов: подробности
Comments UA
2025-11-21T13:48:54Z
Компенсацию за разрушенное жилье получат не все: кого лишат
Хвиля
2025-11-22T04:00:09Z
Три знака Зодиака, которых ожидают безумные приключения этой зимой
Знай
2025-11-22T03:51:52Z
Мобилизовать мужчин с собаками: в Украине предлагают новый этап призыва
Знай
2025-11-22T03:31:03Z
Курсанты, слушатели и адъюнкты военных вузов получат спецстипендии
Хвиля
2025-11-22T03:18:15Z
Искренние слова любви и гордости: поздравления с Днем сына 2025 года — стихи, проза, открытки
TSN
2025-11-21T22:24:32Z
В Генштабе сообщили, что ракету "Фламинго" начали запускать еще весной 2025-го
Украинская правда
2025-11-21T22:24:13Z
День ангела 22 ноября: кого и как поздравлять с именинами
TSN
2025-11-21T22:24:07Z
Школьница получила двойку за любовь к себе: родители взорвались возмущением
Знай
2025-11-21T21:51:11Z
Миндич хотел купить половину компании-производителя "Фламинго" – совладелец предприятия
Лига
2025-11-21T21:32:19Z
Министр здравоохранения США приказал CDC изменить формулировку относительно связи вакцин и аутизма
Украинская правда
2025-11-22T04:09:05Z
Ученые обнаружили, что физические упражнения спасают от деменции: как это работает
TSN
2025-11-21T21:36:35Z
Добавят энергию и поддержат кишечник: какие напитки следует приготовить осенью
Знай
2025-11-21T19:51:28Z
О чем действительно предупреждают ночные сновидения: мнение нейрохирурга
UAToday
2025-11-21T19:33:58Z
Два натуральных продукта, омолаживающих организм — научное исследование подтверждает эффект
TSN
2025-11-21T14:21:43Z
Поддерживает судить и сердце: как простой кофе и рис могут предотвратить инфаркт
Знай
2025-11-21T13:51:17Z
Что происходит с организмом, если ежедневно есть лук: 8 полезных эффектов
Новости Украины
2025-11-21T13:30:36Z
Блэкауты калечат детское зрение: врачи предупреждают о новой эпидемии
Знай
2025-11-21T13:30:34Z
Как правильно жарить блины и оладьи: как готовить их без лишнего жира
TSN
2025-11-21T13:09:24Z
Может появиться в Украине: Stellantis показал электрокроссовер за $14 000
Фокус
2025-11-21T12:12:36Z
Hyundai выпустила яркий 650-сильный электрокроссовер премиум-класса
Фокус
2025-11-21T10:21:33Z
RAV4 на минималках: представлен новый доступный кроссовер Toyota
Фокус
2025-11-21T09:21:49Z
Шарль Леклер может стать пилотом английской конюшни, уйдя из итальянской
Корреспондент
2025-11-19T16:42:22Z
Революционные перемены: новый Porsche Cayenne 2026 стал электромобилем
Фокус
2025-11-19T15:06:23Z
Будет ли штраф, если ездить с трещиной на лобовом стекле: есть важный нюанс
Comments UA
2025-11-19T14:42:29Z
Новые авто значительно подорожали: пять моделей, которые не разорят водителей
Хвиля
2025-11-19T09:30:38Z
Для большой семьи: представлен самый крупный кроссовер Honda
Фокус
2025-11-19T09:15:56Z
Новый электрический внедорожник Jeep Recon стал "зеленой" альтернативой Wrangler
Фокус
2025-11-19T08:15:16Z
Гороскоп по картам Таро на 22 ноября 2025 года: уверенность для Овнов и вдохновение для Водолеев
TSN
2025-11-22T04:06:33Z
Месяцами в земле, без воздуха и воды: военный шокировал, как непрерывно прожил больше года в окопе
TSN
2025-11-22T04:06:14Z
Кельтский гороскоп деревьев на 22 ноября 2025 года: Ракам – внутренний комфорт, Стрельцам – ясное направление
TSN
2025-11-22T03:18:07Z
Военное преступление: сколько украинцев принудительно мобилизовали на ВОТ
Хвиля
2025-11-22T02:30:36Z
В Украине объявили желтый и оранжевый уровни опасности из-за метели
Корреспондент
2025-11-21T21:17:29Z
Жители Мариуполя показали «восстановленный» дом, который внутри разваливается
Новости Украины
2025-11-21T20:33:43Z
Боец ВСУ сообщил о "полной потере" Покровска: что там происходит
Comments UA
2025-11-21T19:33:04Z
У Львов - дополнительная прибыль, у Тельцов - напряжение из-за финансов: гороскоп на выходные
Comments UA
2025-11-21T19:30:14Z
ГУР провело успешную операцию на Луганщине. ВИДЕО
Новости Украины
2025-11-21T19:15:22Z
Гороскоп на сегодня 22 ноября: решение вопросов Тельцов, рутинные обязанности Раков и заработок Скорпионов
Знай
2025-11-22T02:33:48Z
Рунический гороскоп на 22 ноября 2025: Девам — стабильность, Водолеям — новые идеи
TSN
2025-11-22T01:48:57Z
"Я в шоке": украинка рассказала о самой дешевой и бедной стране
Comments UA
2025-11-21T21:51:38Z
Сверкает как новый: как отмыть желтые пятна на сиденье унитаза
Знай
2025-11-21T20:51:38Z
Не покупайте эти продукты в блекауты: отравления не избежать
Знай
2025-11-21T19:36:50Z
Как сделать квартиру теплее на 2–3 градуса: лайфхак с фольгой для окон
TSN
2025-11-21T18:09:28Z
Какая часть свинины самая лучшая для приготовления: мясо получается сочным, нежным и ароматным
TSN
2025-11-21T14:21:32Z
Плесень, конденсат и духота: почему важно проветривать комнату даже зимой
Знай
2025-11-21T11:51:49Z
Температура, при которой нельзя выпускать кота на улицу этой зимой: совет ветеринара может удивить
Знай
2025-11-21T10:51:26Z
Археологи нашли жуткий артефакт, которым римляне пугали кельтов
ZN UA
2025-11-22T04:06:49Z
Паразиты могут заставить муравьев убить свою королеву
ZN UA
2025-11-22T02:32:43Z
Создатели Genshin Impact представили новую стильную игру Varsapura на Unreal Engine 5 — 31 минута геймплея
GameMag
2025-11-21T22:56:41Z
Ученые обнаружили неизвестный вид, который был спрятан в самой длинной пещере мира
Comments UA
2025-11-21T22:30:54Z
"Это катастрофа": Call of Duty: Black Ops 7 стартовала в Европе сильно хуже Battlefield 6
GameMag
2025-11-21T22:06:58Z
Какой телефон стал самым популярным в мире: ни один другой так не покупали
Comments UA
2025-11-21T22:00:55Z
Невероятный улов: рыбаки поймали редкую рыбу длиной 3,6 метра
TSN
2025-11-21T21:21:29Z
Компактная производительность: Обзор ноутбука ASUS ROG Strix G16
GameMag
2025-11-21T19:59:24Z
Впервые в мире: дикий волк научился пользоваться ловушкой для крабов
ZN UA
2025-11-21T19:47:54Z
Джошуа начал сотрудничество с командой Усика
ZN UA
2025-11-21T22:56:17Z
Уордли попытался объяснить, почему Усик отказался от пояса в его пользу
Корреспондент
2025-11-21T20:09:08Z
В России за подрыв ЛЭП к 19 годам тюрьмы приговорили чемпионку Украины по пауэрлифтингу
Украинская правда
2025-11-21T19:57:01Z
Наставник сборной определил шансы для украинцев и шведов как мотивационные
Корреспондент
2025-11-21T19:09:15Z
Польский клуб получил наказание от УЕФА после матча с "Шахтером"
ZN UA
2025-11-21T18:18:19Z
Аналитики после жеребьевки плей-офф квалификации оценили шансы Украины на выход на ЧМ-2026
ZN UA
2025-11-21T08:30:15Z
В Польше назвали Украину слабой сборной перед возможным матчем квалификации ЧМ-2026
ZN UA
2025-11-21T08:18:50Z
НХЛ: три овертайма и голевая феерия в Монреале
Корреспондент
2025-11-21T07:39:24Z
Украинская Премьер-лига: результаты всех матчей 13-го тура, видео голов
ZN UA
2025-11-20T10:24:56Z