Наука 2019-11-01 16:29 Катерина Койдан
  ▪  

Що можуть квантові комп’ютери

Нещодавно в Google заявили, що змогли за допомогою квантового комп’ютера провести за 200 секунд розрахунки, які б на класичному комп’ютері зайняли близько 10 000 років. Що це означає та які наслідки матиме?
Для початку, коротко окреслимо, чим є квантовий комп’ютер і чим він відрізняється від звичайного. Отож, ці комп’ютери називаються квантовими, оскільки їх функціонування ґрунтується на принципах квантової механіки, і зокрема, принципі суперпозиції. Якщо у класичному комп’ютері, біти, що переносять інформацію, перебувають лише в одному з двох станів, 0 або 1, то біти квантового комп’ютера, або кубіти, набувають форми субатомних частинок, таких як фотони та електрони, і в певному сенсі можуть поєднувати обидва стани одночасно, тобто перебувати в «суперпозиції». Крім того, на відміну від звичайних бітів, кубіти також можуть впливати один на одного через явище відоме як «квантова заплутаність».
 

Завдяки цим властивостям, додавання лише декількох зайвих кубітів до системи збільшує її потужність експоненційно. Також, завдяки своїй будові, квантові машини можуть паралельно обробляти величезні масиви даних, набагато випереджаючи, таким чином, класичні машини, які обробляють дані послідовно. Це в теорії. На практиці ж дослідники вже багато років працюють над тим, щоб дійсно довести, що квантовий комп'ютер може зробити щось, на що нездатний найпотужніший класичний комп’ютер.

 

Читайте також: Автономна зброя. Нове слово у війні

 

І ось, здається, Google нарешті зробив це. Експеримент, який успішно провели у компанії, не має особливої практичної користі, але покликаний продемонструвати потужність квантової машини щодо паралельної обробки даних. Якщо простими словами, то команда Google використала квантовий процесор з кодовою назвою Sycamore, аби довести, що цифри, видані генератором випадкових чисел, були справді випадковими. Потім вони розрахували, скільки часу знадобиться найпотужнішому у світі суперкомп’ютеру Summit для того, щоб зробити ті ж самі обчислення. Різниця була приголомшливою: квантова машина виконала за 200 секунд завдання, на яке найкращому класичному комп’ютеру знадобилося б 10 000 років.

 

Як це часто буває, критика від конкурентів не забарилася. Так, інший технічний гігант і конкурент Google в розробці квантових комп’ютерів, компанія IBM поставила під сумнів вірність розрахунків щодо часу, який знадобиться для цього ж завдання класичному комп’ютеру. В IBM вважають, що якщо при обчисленнях використовувати не лише оперативну пам’ять, але й місце на жорсткому диску, то суперкомп’ютер зможе справитись з цим завданням за 2.5 дні, або й швидше. Однак, в будь-якому випадку, вчені вважають досягнення команди Google вражаючим, порівнюючи його з першим польотом літака братів Райт, який тривав всього 12 секунд і відповідно, не мав жодної практичної користі, але продемонстрував, що літаки можуть літати.

 

Читайте також: Ліки з комп’ютера. Як штучний інтелект сприяє підбору медичних препаратів

 

Тож, чого можна очікувати від квантових машин? По-перше, не варто очікувати, що вони повністю замінять класичні комп’ютери, оскільки навіть в теорії, вони кращі лише у певних завданнях. Як вже говорилось, завдяки паралельній обробці даних, квантові машини можуть набагато швидше обробляти величезні масиви інформації. Такі властивості надзвичайно важливі для сфери шифрування, де популярні методи шифрування інформації можуть бути зламані підбором чисел. Це задача на кілька тисяч років для звичайного комп’ютера, але квантові машини потенційно можуть справитись з нею за кілька хвилин. Проте паніка тут завчасна. Квантові комп’ютери ще не скоро використовуватимуться масово, а нові методи шифрування, які будуть стійкими до таких атак, вже активно розробляються.

 

Квантові комп’ютери потенційно мають і низку дуже важливих і корисних застосувань.  Так, завдяки принципам квантової механіки, ці комп’ютери можуть бути використані для симулювання молекул та молекулярних процесів, і відповідно, сприятимуть розробці нових лікарських засобів. Також, квантові машини можуть мати вирішальний вплив на галузь штучного інтелекту. Наразі, існуючі алгоритми штучного інтелекту, націлені на вирішення окремих невеликих завдань, як то розпізнавання облич, класифікація фотографій, опанування певної комп’ютерної гри тощо. Це поки що дуже далеко від людського інтелекту, який дозволяє нам вирішувати безліч різних завдань, іноді одночасно. Тим не менш, тренування алгоритму штучного інтелекту для виконання одного конкретного завдання вимагає величезних комп’ютерних ресурсів. Тож, вчені покладають великі надії на квантові машини, які ймовірно дозволять наблизити штучний інтелект до людського.

 

Читайте також: Шкільна освіта в добу штучного інтелекту

 

Проте, на жаль, наразі квантові машини не такі всемогутні на практиці, як у теорії. Вони роблять набагато більше помилок, ніж класичні комп’ютери, через надзвичайно високу чутливість квантового стану кубітів, який триває лише частки секунди, і може бути легко порушений від найменшої вібрації або крихітної зміни температури. Сьогодні квантові комп’ютери нагадують найперші комп’ютери 40-х років за складністю та кількістю допоміжних засобів, необхідних для того, щоб вони працювали і виконували найпростіші завдання. І ймовірно, знадобиться ще не менше 10 років перш, ніж квантові комп’ютери зможуть надійно виконувати дійсно важливі завдання.