Будущее квантовых компьютеров принимает реальные очертания

Для взлома самой надежной из существующих на сегодняшний день криптографической защиты данных может потребоваться десять лет работы компьютера, занимающего  площадь, сопоставимую с территорией Российской Федерации. При этом  для его питания ежедневно потребуется энергия, равная энергии вырабатываемой всеми источниками на Земле.

В отличие от этого, квантовый компьютер будущего сможет выполнить эту задачу всего за 16 часов, имея  примерно такие же требования по мощности, как нынешние суперкомпьютеры.

С момента демонстрации первого квантового компьютера ORION прошло уже более пяти лет. Тем не менее науке попрежнему требуются десятилетия для создания полноценного квантового компьютера, способного использовать необычное поведение элементарных частиц на уровне микромира, которое позволяет  им существовать в двух различных состояниях одновременно. Однако ученые достигли, наконец, того рубежа, когда они могут уже составить представление о том, каким образом может выглядеть квантовый компьютер.

"Когда мы принялись за разработку этой проблемы, я думал, что это будет безумно трудная задача, а сейчас мы превратили ее в нечто, на мой взгляд, очень, очень трудное", - сказал Джон Мартини (John Martinis), физик из Калифорнийского университета Санта-Барбары, один из ведущих исследователей в области квантовой обработки информации.

Выступая  на ежегодном семинаре Американской ассоциации содействия развитию науки в Ванкувере 18 февраля, Мартини представил свое видение возможных квантовых компьютеров.

По его мнению, квантовые компьютеры не заменят современные настольные или портативные ПК. Вместо этого, они могли бы существенно упростить  решение сложных математических задач, либо эффективно имитировать работу квантовой механики, не поддающейся обычным правилам классической физики.

Более глубокое понимание квантовой механики может привести к разработке новых материалов и синтезированию молекул для решения многих конкретных задач в области нанотехнологии, считает его коллега Джон Прескилл (John Preskill) – профессор Калифорнийского технологического института.

В настоящее время не предусматривается, что вы будете обрабатывать и отправлять электронную почту на квантовом компьютере", - сказал Прескилл - "С другой стороны, в квантовых играх может произойти эффект взрыва. Это может повлиять на жизнь самым неожиданным образом».

Ученые должны выяснить, по какому принципу строить стабильно работающие квантовые компьютеры – с захватом электронов или других квантовых частиц,  представляющих цифровой бит информации в различных состояниях. Такие частицы могут хранить больше информации, чем обычные за счет свойства "квантовой суперпозиции" - возможности существования в нескольких состояниях одновременно.

В этом плане можно использовать также другое свойство частиц, которое Альберт Эйнштейн назвал "жутким действием на расстоянии”. Благодаря этому эффекту, две частицы могут оказаться взаимно связанными, даже если они находятся на разных концах галактики.

Однако такие частицы должны оставаться в полной изоляции, так, чтобы внешние факторы  не могли повлиять на их состояние. Любые изменения в их состоянии могут привести к «квантовой дискогеренции" и вычислительным ошибкам, которые требуют постоянной проверки и коррекции результатов.

Некоторые лаборатории выдвинулись вперед с захватом двух или четырех квантовых частиц в качестве исходной основы для построения квантовых компьютеров. Другие больше поддерживают  идею "топологического квантового компьютера",  построенного на основе таких материалов, как арсенид галлия. Эта концепция обеспечивает  большую структурную стабильность,  помогающую    избежать ошибок, вызванных внешними воздействиями.

"Мы не знаем наверняка, как  будет выглядеть оборудование, но в настоящее время разрабатывается целый ряд различных подходов," - сказал Прескилл .

Сегодня мы уже пользуемся нанотехнологиями и не за горами тот день, когда развернувшиеся вокруг квантовых компьютеров “игры киберразума” закончатся появлением на свет совершенно необычного вычислительного устройства, способного перевернуть  все наши представления о возможном и невозможном.