MY.UAНовости
Чим квантові комп’ютери кращі за звичайні і скільки їх ще чекати
Чим квантові комп’ютери кращі за звичайні і скільки їх ще чекати

Чим квантові комп’ютери кращі за звичайні і скільки їх ще чекати

16 листопада компанія IBM оголосила про створення квантового процесора Eagle, що складається зі 127 кубітів. Це помітне досягнення, тому що від кількості кубітів залежить готовність квантових комп’ютерів до практичного використання. Колишні рекордсмени, Sycamore від Google та китайський Jiuzhang, включали лише 53 та 76 кубітів відповідно.

Чим квантові комп’ютери відрізняються від звичайних

Класичний комп’ютер працює з бітами, нулями та одиницями — у них закодовані всі програми та дані, як слова та речення в абетці Морзе. Суть роботи комп’ютера зводиться до перетасовування цих нулів та одиниць за певними правилами (алгоритмами). Процесор комп’ютера приймає потік бітів і перетворює його на інший потік бітів – як любитель пазлів бере деталі мозаїки по одній і збирає з них картинку.

Проблема в тому, що комп’ютер працює послідовно. Щоб отримати потрібний результат, процесор перетасовує біти раз-по-раз, як би перебираючи розклади. Так само і людина збирає пазл: прикладає деталі туди і сюди, перебираючи варіанти у пошуках того, що збігається з потрібним малюнком. Якщо це не картинка, а величезна картина з мільйонів деталей, збірка може затягнутися надовго.

Суперкомп’ютер IBM Summit у Міністерстві енергетики США. Фото IBM

Такі «величезні картини» доводиться «збирати» комп’ютерам, коли мова йде про моделювання клімату, економіки чи складних речовин для потреб медицини та промисловості. Щоб прискорити процес, комп’ютери об’єднують у суперкомп’ютери – великі машини із тисячами процесорів. Вони займають чималі площі та споживають десятки мегават енергії — приблизно як ціле місто на 40-50 тисяч людей.

Але навіть суперкомп’ютер може вирішувати окреме завдання кілька тижнів або навіть місяців, тому замовнику доводиться платити мільйони доларів за одну тільки електрику. Через це багато досліджень коштують дуже дорого. Квантовий комп’ютер вирішує цю проблему важливо.

Як працює квантовий комп’ютер

Якби любитель пазлів мав спеціальний квантовий збирач, досить було б засипати в нього деталі, почекати кілька секунд і витягнути вже готову картинку. Квантовий збирач не перебирає варіанти, з’єднуючи деталі пазла по одній – він з’єднує всі деталі разом, причому у всіх можливих варіантах одночасно. Після цього вибирає з цих варіантів необхідний. Так працює і квантовий комп’ютер.

Замість звичайних бітів такий комп’ютер використовує їхній квантовий різновид — кубіти. Їхню роль відіграють мікрочастинки: атоми якоїсь речовини або навіть окремі фотони. Відповідно до законів фізики, вони можуть перебувати у квантовій суперпозиції — тобто у всіх своїх можливих станах одночасно. Якщо біт у кожний момент часу може бути тільки нулем або одиницею, то кубіт може бути нулем і одиницею одночасно.

Різниця між класичним бітом та кубітом. Зображення Wired

Кубіти в квантовому комп’ютері, подібно до деталей пазла, «стиковані» між собою — але не механічно, через опуклості та виїмки, а за допомогою особливого зв’язку, який називається квантовою заплутаністю. Її створюють, дуже обережно присуваючи мікрочастинки одна до одної, через що вони як би зчіплюються і зливаються в одну квантову «хмару».

Мікрочастинки в такій «хмарі» починають залежати одна від одної – з кожним станом одного кубіту зв’язуються певні стани інших кубітів. Якщо в квантовому пазлі одна деталь повернеться на якийсь кут або пересунеться на інше місце – разом з нею автоматично повернуться або пересунуть всі інші деталі. А так як кожна деталь знаходиться в суперпозиції своїх станів — виходить, що «хмара» містить усі можливі варіанти складання пазла, і залишається лише витягнути звідти потрібний чи найкращий.

Різниця у місткості класичних бітів та квантових. Зображення Kurzgesagt

Це можна сказати інакше: якщо звичайний комп’ютер за секунду перебирає 1000 варіантів пазла, то квантовий за ту ж секунду зможе перебрати 2^1000 (дві в тисячному ступені) варіантів. І що більше у нього кубітів — то більший показник ступеня. Ті завдання, які навіть найпотужніший суперкомп’ютер вирішуватиме тисячі, мільйони чи навіть мільярди років, квантовий вирішить за 10-20 секунд. У цьому вся суть квантової переваги над звичайними комп’ютерами.

Чому створити квантовий комп’ютер так складно

Утримувати кубіти в суперпозиції та заплутаності між собою вкрай важко. Вони можуть бути в такому стані тільки при ідеальній ізоляції від навколишнього середовища. Інакше кубіти «псуються» — із квантових бітів вони перетворюються на звичайні, втрачаючи свій особливий зв’язок між собою і приймаючи конкретне значення — нуль чи одиницю. Такими є закони мікросвіту, які описує квантова механіка.

Як тільки середовище «стосується» мікрочастинки — заплутаність розпадається, а суперпозиція «конденсується» в певний стан, одна з нескінченної множини. Приблизно як велика розмита хмара туману при контакті зі склом осідає на ньому маленькими круглими краплями. Це явище, яке називається квантовою декогеренцією – головний біль для творців квантових комп’ютерів.

Розробникам, щоб уникнути декогеренції, доводиться йти на вкрай високотехнологічні та наукомісткі хитрощі — наприклад, захоплювати мікрочастинки кубітів у оптичні пастки або охолоджувати їх до –273,13 °C. Наднизькі температури, близькі до абсолютного нуля, дуже перспективні для квантових обчислень — вони дозволяють створювати квантові «хмари» з безлічі кубітів.

Чим більше кубітів у квантовому комп’ютері – тим складніше утримувати їх в ізоляції. Фахівці IBM змогли створити 127-кубітний Eagle лише тому, що не стали возитися з кожним кубітом окремо. Натомість інженери об’єднали кубіти в шестикутники, щоб керувати відразу шістьма кубітами за раз, і вибудували їх у багатошарову 3D-схему. Це сильно спростило процесор і дозволило позбавитися безлічі проводів, що звільнило місце для більш потужних і стабільних охолоджувачів кубітів.

Ілюстрація багатошарового 3D-компонування квантового процесора IBM Eagle Зображення IBM

Навіщо потрібні квантові комп’ютери

Квантовий комп’ютер може виконати будь-яке обчислювальне завдання, яке може виконати звичайний комп’ютер. Однак не для всіх завдань використання такого комп’ютера має сенс — багато алгоритмів просто не вдасться підготувати так, щоб квантовий процесор виконав його швидше за звичайний процесор. Тому квантові комп’ютери навряд чи замінять класичні — швидше вони займуть роль прискорювачів для окремих завдань. Як зараз відеокарти прискорюють роботу з графікою та відео.

На яких завданнях ефективний квантовий комп’ютер

  • пошук потрібного елемента в невпорядкованих списках – квантовий процесор прискорить роботу баз даних та пошукових систем у сотні, тисячі чи мільйони разів;
  • дослідження квантових явищ у різних умовах — можна буде моделювати протони, нейтрони, фотони, електрони та інші частинки в колайдерах будь-якої потужності (замість того, щоб будувати їх у реальності), усередині нейтронних зірок або під горизонтом чорних дірок;
  • вирішення проблем обчислювальної біології — квантовий комп’ютер зможе дуже точно імітувати поведінку біомолекул у різних середовищах та мільйонів живих істот у тій чи іншій екологічній ніші, а також розшифровувати та проектувати ДНК;
  • прискорення машинного навчання – відносно невеликі квантові процесори дозволять створювати потужні нейронні мережі, які зможуть з високою точністю керувати енергетичними та транспортними мережами, роботою промислових об’єктів та цілих галузей економіки;
  • вивчення хвороб та створення медичних препаратів — квантові комп’ютери зможуть швидко прораховувати поведінку великих та складних молекул ліків усередині організму, що дозволить створювати ліки без більшої частини випробувань на тваринах та людях;
  • зламування систем шифрування – багато криптографічних алгоритмів засновані на неможливості швидко розкласти великі числа на прості множники, але квантові комп’ютери здатні виконувати це за лічені секунди або хвилини, що зробить марними більшість паролів, ключів і сертифікатів.

Коли з’являться квантові комп’ютери, що стабільно працюють.

Різні компанії, лабораторії та вузи періодично заявляють про досягнення квантової переваги — наприклад, Google у 2019 році або Університет науки та техніки Китаю у 2020 році. Щоразу творці рапортують про експоненційне прискорення обчислень – наприклад, китайський квантовий комп’ютер зміг за 20 секунд зробити те, на що класичному суперкомп’ютеру знадобилося б 600 мільйонів років.

Фотонний 66-кубітний квантовий комп’ютер Zuchongzhi Університету науки та техніки Китаю. Фото USTC

Однак нерідко виявляється, що створений квантовий комп’ютер може виконувати один-єдиний процес, часом марний на практиці, а вражаючі цифри переваги не зовсім точні. Деякі моделі квантових комп’ютерів на кшталт машин D-Wave із тисячами кубітів можна назвати лише «частково квантовими» — вони ефективні лише в деяких типах завдань. В цілому ж, до універсального квантового комп’ютера, що стабільно працює, схоже, ще далеко.

Деякі вчені вважають, що створити такий комп’ютер взагалі неможливо. На їхню думку, не вдасться стабільно утримувати в суперпозиції та заплутаності хоча б кілька сотень кубітів. Особливо з урахуванням космічних променів, які регулярно викликають помилки навіть в звичайних комп’ютерах, а в квантових будуть «псувати» кубіти швидше, ніж вони встигнуть вирішити хоч якусь об’ємну задачу.

Проте навіть експериментальні квантові комп’ютери дозволяють вирішувати завдання на кшталт моделювання мікрочастинок і навіть отримувати нові наукові знання. Це спонукає дослідників продовжувати роботу: наприклад, IBM впевнено говорить про створення 1000-кубітного процесора Condor в 2023 році, а Google обіцяє до 2029 створити перший комерційний квантовий комп’ютер – імовірно, він складатиметься з мільйона кубітів. Ці комп’ютери можуть обходити поточні проблеми суто інженерними методами або працювати на абсолютно нових принципах.

Автор Микита Логінов Джерело

Поделиться
Поделиться сюжетом
Источник материала
Как защититься в частном доме во время ударов: где безопаснее всего
Comments UA
2026-08-27T14:51:47Z
Как усилить действие порошка при стирке: эксперты раскрыли хитрый трюк
Знай
2026-08-16T13:51:43Z
Новый тест на IQ: найди 4 отличия на фото с фотографом за 7 секунд
MY.UA
2026-08-16T01:39:48Z
Яблочный сок на зиму: 3 способа заготовки — классический, с мякотью и без соковыжималки
TSN
2026-08-27T10:06:00Z
Уберите это из кошелька сегодня: десять вещей, которые могут стать подарком для мошенников
TSN
2026-08-29T14:36:24Z
Испортится чай и можно пить просроченный: ответ может вас удивить
TSN
2026-08-29T11:33:34Z
Вы всю жизнь неправильно варили бульон: какое мясо сделает его невероятно насыщенным
TSN
2026-08-27T04:06:32Z
Не кладите яйца в холодную воду: что нужно делать, чтобы скорлупа слетела за секунду
TSN
2026-08-26T19:06:17Z
Как быстро отстирать шторы, не снимая с карниза: полезны лайфхаки сообразительных хозяек
TSN
2026-08-17T16:09:49Z
Угасает: популярную советскую актрису кормят с ложки
GlavRed
2026-08-25T11:09:48Z
Эксучительница, покинувшая школу ради откровенных фото, устроила игривую фотосессию
Gazeta UA
2026-08-29T01:12:24Z
Камалия развелась с миллиардером и отменила помолвку: мужчина ревновал её даже к детям
Знай
2026-08-27T12:06:24Z
Горянский впервые раскрыл, почему его не снимают в кино и кому он перешел дорогу: "Узнал, кто это"
TSN
2026-08-28T04:06:06Z
Ужасная ночь в Киевской области: Женя Галич показал разрушенный дом
MY.UA
2026-08-29T14:27:33Z
Том Харди выпустил рэп-альбом: актер записал 15 треков
Фокус
2026-08-29T14:21:05Z
Римма Зюбина развелась с мужем после 30 лет брака: актриса впервые рассказала детали
Знай
2026-08-25T16:06:37Z
Ведущий «1+1» развелся после 2 лет брака: что известно
MY.UA
2026-08-28T11:01:25Z
Стиль 70-х снова в моде: прически, ставшие главным трендом сезона
TSN
2026-08-28T17:36:04Z
Сколько раз в день нужно выгуливать собаку: ветеринар дала неожиданный ответ
TSN
2026-08-28T14:33:53Z
Россия снова играет ядерными мускулами - даже не называя, какую ракету запустила
Новости Украины
2026-08-29T10:48:51Z
В одном из городов Украины объявили эвакуацию: людей просят срочно выезжать
Знай
2026-08-28T17:15:41Z
К пенсии прибавят 900 грн и больше: кто получит доплаты в сентябре-2026
TSN
2026-08-28T09:33:06Z
Трагедия в Киевской области: 37 погибших и аудит складов боеприпасов после взрывов
MY.UA
2026-08-29T13:26:15Z
Халатность ценой в жизнь: детонация боеприпасов возле людей на Киевщине
MY.UA
2026-08-29T12:55:29Z
"Помни о главной цели": жена погибшего воина родила дочь через 3 года после его гибели
TSN
2026-08-29T03:09:08Z
Мобилизованный дважды бежал в СОЧ, чтобы вернуться к гражданской жизни: его строго наказали
TSN
2026-08-29T06:06:12Z
Нил Фергюсон: Любимый фантаст Илона Маска ошибался
Хвиля
2026-08-29T11:51:01Z
Небо над Киевщиной охватило огнем: что произошло возле Житомирской трассы?
MY.UA
2026-08-28T23:04:19Z
27 погибших на Киевщине: среди жертв атаки РФ глава Дмитровской громады
Хвиля
2026-08-29T08:51:57Z
Трагедия в Гималаях: 64 украинца пропали без вести после разрушительного наводнения
MY.UA
2026-08-29T10:06:09Z
В Тернополе после операции умерла несовершеннолетняя студентка местного колледжа
Комсомольская правда
2026-08-28T13:21:10Z
В шаге от трагедии: у самолета взорвалась шина прямо на взлетной полосе
TSN
2026-08-29T14:21:01Z
Зеленский: после атаки на Милу взорвались боеприпасы, которые хранились прямо рядом с людьми - это уже второй подобный случай
Новости Украины
2026-08-29T13:36:50Z
Мужчине грозит до 8 лет тюрьмы из-за пиццы: что произошло
TSN
2026-08-29T03:09:03Z
$6300 и $4000 за выезд за границу: две схемы переправки мужчин провалились
Знай
2026-08-29T08:18:31Z
Россия с утра накрывает Киев реактивными дронами: среди погибших ребенок
Comments UA
2026-08-29T11:30:21Z
Вы неправильно храните чеснок: повара раскрыли простой трюк, который помогает сохранить его свежим 3–5 месяцев
TSN
2026-08-28T12:36:10Z
Гипертония, инфаркт, инсульт, диабет, онкология: 5 болезней, которые пенсионеры лечат бесплатно
Знай
2026-08-29T02:51:11Z
Что будет со сном, если на неделю отказаться от алкоголя
Gazeta UA
2026-08-28T14:51:19Z
Комары больше не страшны: какой простой трюк помогает избавиться от зуда
UAToday
2026-08-16T04:09:57Z
Гороскоп на 30 августа: кому звезды сулят деньги, а кому - ссору
Новости Украины
2026-08-29T14:06:06Z
Четыре напитка перед сном, которые помогают поддерживать нормальный уровень сахара в крови
TSN
2026-08-29T12:36:53Z
Исследовательница раковых клеток назвала 4 продукта, которые она никогда не покупает
Comments UA
2026-08-17T05:06:57Z
Как определить, есть ли в вас обезвоживание — простой тест поможет
TSN
2026-08-16T14:51:29Z
Питьевую воду проверили на бактерии, хлор и жесткость: исследование длилось неделю
Знай
2026-08-15T15:45:15Z
Долги украинцев спишут автоматически с карт и электронных кошельков
Знай
2026-08-29T11:15:26Z
Неожиданные ограничения в АТБ: спекуляция и атаки РФ изменили правила покупок
MY.UA
2026-08-29T06:45:57Z
Цены подскочат на 40%: какой популярный продукт может стать дефицитным
GlavRed
2026-08-25T15:48:46Z
Свет ночью по 2,16 грн: тариф с сентября не изменили, но можно платить вдвое меньше
Знай
2026-08-28T20:21:25Z
Плюс 35% к пенсии в сентябре: условия уже определены
Знай
2026-08-29T14:45:15Z
Кредит без вашего ведома: как за минуту проверить через Дію и реестр НБУ
Знай
2026-08-29T14:45:07Z
Страшный сон Путина: что произошло со всеми основными НПЗ "Лукойла" после ударов Украины
Comments UA
2026-08-27T06:21:56Z
Гранты до 2,5 млн грн на "Власну справу": новые условия с сентября
Знай
2026-08-29T07:51:33Z
Мошенники научились воровать деньги с просроченных банковских карт: как это работает
TSN
2026-08-27T11:34:56Z
«Путин, забудь об этом»: сенатор США раскрыл, какое предупреждение глава ЦРУ мог передать Кремлю
TSN
2026-08-27T03:21:41Z
Тревожные показатели здоровья Трампа шокировали медиков: он за шаг до опасного предела
TSN
2026-08-28T13:51:58Z
Неожиданный визит главы ЦРУ в Москву: чего боится Путин и чем это закончится?
MY.UA
2026-08-27T09:39:03Z
Михаил Федоров принял самую неожиданную должность
Новости Украины
2026-08-28T16:42:01Z
"Сразу все закончится": Коломойский назвал быстрый способ завершения войны с РФ
Фокус
2026-08-29T14:45:01Z
Германия готовит ответ России: санкции и усиление помощи Украине
MY.UA
2026-08-29T14:42:53Z
Трамп сознательно дал Путину "зеленый свет" на еще большую войну: озвучен самый плохой вариант наступления диктатора
Comments UA
2026-08-28T13:27:35Z
Террор Путина продлится неделями без отбоя: раскрыта правда о страшном приказе Путина
Comments UA
2026-08-28T11:42:27Z
ЕС может притормозить миллиарды для Украины: какое обещание не выполнил Зеленский и компания
Comments UA
2026-08-29T09:12:43Z
Смартфон больше не нужен? Почему люди массово переходят на «тупые» телефоны
Comments UA
2026-08-27T08:03:55Z
Metro 2039 обошел мировых гигантов: украинский шутер получил Best Visuals на Gamescom
Знай
2026-08-29T07:57:40Z
Некстген здесь: Посмотрите на новые официальные 4K-скриншоты Grand Theft Auto VI от Rockstar Games
GameMag
2026-08-28T06:03:19Z
Услышать лес юрского периода: ученые воссоздали древние звуки благодаря окаменелостям
Фокус
2026-08-27T11:12:46Z
The Elder Scrolls VI может обойти PlayStation 6 стороной — Аша Шарма не спешит подтверждать мультиплатформенный релиз
GameMag
2026-08-29T14:33:55Z
Virtua Fighter 5 R.E.V.O. World Stage появится в Xbox Game Pass в момент релиза
GameMag
2026-08-29T14:15:17Z
На Марсе нашли возможные следы древнего водоема: что увидели на снимках
TSN
2026-08-17T23:27:58Z
Marvel's Wolverine не будет раскрывать историю становления Логана — ставка в PS5-эксклюзиве делается на актуальные конфликты героя
GameMag
2026-08-16T21:03:17Z
iPhone признан худшим для ремонта смартфоном: рейтинг возглавила Motorola
Знай
2026-08-16T05:57:20Z
В Донецке при ударе по командному пункту уничтожен подполковник 41-й армии РФ
Новости Украины
2026-08-28T17:15:30Z
Маршрут "Львов – Чишки" запускают с сентября: 1 числа утреннего рейса не будет
Знай
2026-08-29T07:24:17Z
Киев с утра под страшным ударом РФ: в столице не прекращаются взрывы, город в страшных прилетах
Comments UA
2026-08-27T07:48:10Z
Гороскоп на 29 августа 2026 года по картам Таро для всех знаков зодиака
UAToday
2026-08-28T15:33:00Z
Вражеский дрон поразил автомобиль «Укрпочты» под Краматорском. ВИДЕО
Новости Украины
2026-08-29T14:27:24Z
Атака "Шахедов" на Николаевщину: 300 тысяч без света, 230 сел обесточены
Знай
2026-08-29T14:21:57Z
Ложные заявления оккупантов: как ВСУ продвигаются, а РФ выдумывает успехи
MY.UA
2026-08-16T03:42:55Z
Отопление готово на 70%: подготовлено 38 из 57 котельных
Знай
2026-08-16T03:36:19Z
Киевщина под ударом: вторые сутки атак, раненые и масштабные разрушения
MY.UA
2026-08-28T19:44:22Z
Судьба украинцев в еврокубках: кто с кем сыграет в Лиге Европы и Лиге конференций?
MY.UA
2026-08-28T12:49:14Z
Александр Хижняк побеждает в самом долгом бою: первый титул "Полтавского танка"
MY.UA
2026-08-23T18:21:20Z
Самая красивая легкоатлетка Украины снялась в купальнике на пляже
Comments UA
2026-08-20T19:15:47Z
Александр Хижняк: как украинский «Танк» завоевал первый титул на профи-ринге
MY.UA
2026-08-22T20:41:27Z
Анна Шеремет принесла Украине первое "золото" на чемпионате мира-2026 по парагребле
Комсомольская правда
2026-08-29T14:24:44Z
Шахтер узнал расписание матчей в Лиге чемпионов 2026/27: где сыграют "горняки"?
MY.UA
2026-08-29T14:12:08Z
Магучих в третий раз подряд: украинка снова завоевала золото Евро-2026!
MY.UA
2026-08-15T21:49:17Z
Хижняк взял первый пояс в профи: аргентинца разбили на шоу Усика во Львове
Знай
2026-08-29T13:27:39Z
30 млн євро за Пономаренко: Динамо назвало условие продажи форварда в Галатасарай
Знай
2026-08-29T08:57:38Z
Подвез друга - плати штраф: в Украине готовят новые правила для водителей
Знай
2026-08-29T10:57:46Z
Деревянный велосипед с мотором на 0,5 л. с.: первый мотоцикл отмечает день рождения
Фокус
2026-08-29T09:30:50Z
Украинцам придется заплатить за свое авто: какие машины попали под налог
Знай
2026-08-28T21:57:03Z
Цена $20200, запас хода 660 км: на рынок вышел недорогой электрокроссовер Volkswagen
Фокус
2026-08-28T13:06:20Z
С деревянными дверями: необычный Chrysler 1947 года оценили в $350 000
Фокус
2026-08-27T16:57:45Z
Электрокар Renault 5 обновили: запас хода 430 км, ИИ Gemini и цена от 20 000 евро
Знай
2026-08-27T16:00:53Z
Nissan обновил модельный ряд Note
Gazeta UA
2026-08-27T14:21:47Z
Mitsubishi расширит линейку авто для одного из рынков: шесть моделей вместо четырех
Фокус
2026-08-27T10:45:38Z
BYD презентовал недорогой электрифицированный пикап-кроссовер без рамы
Фокус
2026-08-27T08:42:42Z