Квантові комп'ютери — це майбутнє: але є нюанс, про який замовчують експерти

Експерти MakeUseOf пояснили, чому квантові комп'ютери не стануть повноцінною заміною звичній електроніці, хоча мають великий потенціал.

Як працюють кубіти

Сучасна обчислювальна техніка — від смартфонів до суперкомп'ютерів — функціонують на базі спеціальної одиниці цифрової інформації — біті. Він може перебувати в одному з двох станів: 0 або 1. Мільярди транзисторів усередині процесора перемикаються між цими нулями та одиницями, виконуючи чіткі, послідовні логічні команди.

Квантові комп'ютери працюють зовсім інакше, оскільки їхньою базовою одиницею є квантовий біт (кубіт). Головна відмінність кубіта в тому, що він може існувати в комбінації обох станів одночасно. Ця властивість називається суперпозицією.

Для розуміння цього процесу найкраще підходить аналогія з монетою. Класичний біт — це монета, що лежить на столі (вона показує або орла, або решку). А кубіт — це підкинута монета, що обертається. Поки вона в повітрі, вона є і орлом, і решкою одночасно, охоплюючи всі можливі варіанти розвитку подій. Підсумкове значення фіксується тільки в момент її зупинки (вимірювання).

Головний недолік квантових обчислень

Міць квантових комп'ютерів криється ще в одному явищі — квантовій заплутаності (entanglement). Коли кубіти заплутуються, стан одного починає залежати від стану іншого, навіть якщо вони фізично розділені. Це дає змогу системі оцінювати величезну кількість імовірностей одночасно, забезпечуючи експоненціальне, а не лінійне зростання обчислювальної потужності. Замість того щоб перебирати всі варіанти по черзі, алгоритми квантового комп'ютера активно змінюють ймовірності: посилюють шанси на правильну відповідь і відсікають завідомо невірні рішення.

Однак забезпечувати стабільність таких систем вкрай складно. На відміну від звичайних мікросхем, кубіти створюються з електронів, фотонів або надпровідних ланцюгів, вимагаючи екстремальних умов. Наприклад, надпровідні кубіти працюють у вакуумі за температури, близької до абсолютного нуля (-273°C). Будь-який зовнішній вплив руйнує їхній квантовий стан (процес "декогеренції"), що робить результати обчислень неточними. Саме через проблеми зі стабільністю такі машини поки що залишаються величезними лабораторними установками.

Не заміна, а доповнення до звичайних ПК

Існує думка, що квантові комп'ютери замінять теперішні ПК і ноутбуки, зробивши інтернет, відеоігри або роботу з текстами спритнішою. Насправді їхня роль більш вузькоспеціалізована. Вони не вміють виконувати речі "швидше" в класичному розумінні — вони просто розв'язують завдання в інший спосіб.

У чому квантові комп'ютери хороші:

• Криптографія: аналіз певних систем шифрування та факторизація великих чисел (розкладання на множники), наприклад, за допомогою алгоритму Шора.
• Наукове моделювання: вони ідеальні для симуляції складних хімічних реакцій, поведінки молекул або квантових матеріалів.
• Оптимізація: маршрутизація логістики, аналіз транспортних потоків або складне фінансове моделювання.
• Складна математика: розв'язання нішевих математичних задач, які експоненціально масштабуються на класичному обладнанні.
• Машинне навчання: потенційне прискорення експериментальних методів ШІ та аналізу даних, що включають моделі з високим ступенем ймовірності.

Де квантові комп'ютери марні:

• Поліпшення повсякденних офісних програм, браузерів або антивірусів.
• Рендеринг графіки, відеомонтаж або обробка фізики в комп'ютерних іграх.
• Звичайний пошук в інтернеті або класична багатозадачність (запуск декількох додатків одночасно).
• Тренування повсякденних моделей ШІ швидше, ніж це роблять сучасні GPU (принаймні, з поточними технологіями).

Таким чином, квантові та класичні комп'ютери не конкурують. Найімовірніше, вони використовуватимуться паралельно. Що стосується проблеми потенційного злому традиційних протоколів шифрування, вона реальна. Але експерти вже розробляють пост-квантові технології захисту, щоб попередити негативні наслідки впровадження квантових систем.

Раніше повідомлялося, як потужна функція перетворить смартфон на повноцінний комп'ютер. Моделі Samsung мають приховану функцію, здатну перетворити їх на заміну ноутбуку. Режим DeX виводить на зовнішній монітор адаптований робочий стіл, даючи змогу працювати з вікнами, мишею і клавіатурою так само, як на ПК.

Ще Фокус розповідав, чим небезпечні квантові комп'ютери і як від них захиститися. Фахівці з МВФ вважають, що скоро з'явиться машина, яка повністю нівелює всі переваги сучасної криптографії. Тому нам слід якомога швидше шукати способи захисту від такого сильного "хакера".