Отличие квантового компьютера от обычного. Что такое квантовый компьютер. С чего все начиналось

Фильмы преподносят касаток, как милых больших созданий, способных подружиться с мальчиком и его приятелями, без тренировок исполнять трюки и приятно повизгивать. Но добрая касатка – это такая же сказка, как Дед Мороз или Бабай. Причем на последнего это животное больше похоже своим нравом. В стае касатки дружны, придерживаются своей семьи и не ищут партнеров на стороне. Но стоит не угодить в чем-то касатке – и вы получите 6-7 метровое чудовище, с полной клыков пастью.

В американских океанариумах можно пообщаться почти со всеми животными моря. Тут есть скаты, дельфины, морские котики, пингвины. Не обошлось и без касаток.

До поры, о тренеровке этих свирепых хищников ученые даже не задумывались. Но американские нейрофизиологи по чистой случайности в ходе экспериментов обнаружили у этих хищников не просто способность, но настоящую любовь к танцам. Однажды, молодому самцу ученые дали послушать скрипичный концерт Бетховена. Буквально с первыми звуками музыки зверь стал носиться по бассейну, приплясывая на хвосте и выпрыгивая из воды. Он всячески кувыркался на воде, высовывал голову и хвост, пускал фонтаны воды. Эта любовь к творчеству Бетховена и привела касаток в неволю океанариумов.

Касатки – это крупные дельфины. Они делятся на три вида по размерам: большая, черная и ферез. Последняя из них самая маленькая – всего 2 метра — и чрезвычайно редкая. Черная касатка достигает 6 метров в длинну и весит 1,5 тонну. При этом она предпочитает теплый климат. Большие касатки – это именно та порода, которая принимала участие в съемках фильма «Спасите Вилли». Среди всех своих сородичей, она самая опасная. В природе у касатки нет врагов, поэтому нет и страха. Она охотится на птиц, морских котиков, тюленей, дельфинов, кальмаров и даже на акул. В крайних случаях, вся стая заваливает усатого кита. В погоне за добычей, касатки способны развивать скорость 30 км. в час. Общаются касатки высокочастотными импульсами, похожими на щелчки. Эхолокация для них так же важна, как и для летучих мышей. Без нее они слепы и глухи.

Нельзя сказать, что касатки – кровожадные монстры. Если океанический мир прировнять к саванне, то касатки будут львами. Случаи нападения касаток на человека в условиях открытого океана очень редки. За последние 30 лет зафиксирован только один случай - в 1986 году касатка накинулась на серфингиста. Он остался жив, но потерял ногу, которую косатка изранила зубами.

А вот в американском океанариуме SeaWorld из года в год происходят трагические случаи с участием касаток. Тренеры океанариума рассказывают, что касатки периодически норовят укусить или затащить человека в басейн. Но команды практически всегда помогают вразумить хищников.

Тем не менее, трагический случай произошел в 1987 году. Тогда во время представления касатка выпрыгнула из воды и упала прямо на дрессировщика, стоящего на берегу. В результате, тот получил перелом ноги и нескольких рёбер. В 90-х касатка схватила дрессировщика Майка Скарпуцци за ногу и уволокла на дно. «Это был хорошо отработанный трюк — рассказывал Майк, вице-президент “Водного мира”. – Согласно сценарию, касатка выпрыгивала из воды, а дрессировщик нырял в воду с ее носа. Но в тот день произошло непредвиденное».

Не смотря на команду дрессировщиков, касатка погрузила Майка на 10.9 метров под воду. Через минуту оба, и жертва, и хищник, вновь появились на поверхности, но касатка проигнорировала все команды и снова ушла на дно. Майк имел 12 лет опыта общения с касатками и прочими морскими животными. И этот опыт подсказывал не паниковать, вести себя так, будто все идет по плану. Превозмогая боль в прикушеной ноге, дрессировщик начал поглаживать касатку привычными движениями. Та ослабила хватку и успокоилась, после чего Майк из последних сил выплыл к кромке бассейна и сразу же был отдан в руки медиков.

Но самая трагичная история случилась в этом году. Американская компания SeaWorld в Орландо на этот раз была оштрафована на 75 тысяч долларов. Причина штрафа была в недостаточном следовании правилам безопасности, что привело к гибели 40 летней дресcировщицы Дон Браншо. Информация о трагическом происшествии была выложена на сайте министерства труда США.

24 февраля 2010 года самец по имени Тиликум во время выступления схватил дрессировщицу за волосы и нырнул на дно бассейна. Женщина захлебнулась водой. Многие требовали усыпить Теликума, но руководство решило оставить касатку в океанариуме для расплода. По сути, животное не опасно для человека, так как не намеревалось убивать или есть дресcировщицу.

Этот случай породил волну страха у любителей представлений с хищниками. И не зря. Общение человека с дикими животными – приятное развлечение. Но стоит подумать, так ли приятно это развлечение для самих животных?

В Сан-Франциско появились информационные знаки, которые предупреждают людей, чтобы они держались подальше от воды, поскольку недавно за два дня было совершено два нападения морских львов. Эти нападения произошли на известном Пирсе 39 в Сан-Франциско.

При первой атаке полицейские вытащили пловца из воды. Второго пловца направили в травмпункт.

Морские эксперты считают, что такие случаи редки. Они говорят, что на протяжении многих лет морские львы плавают возле Пирса 39, но за последние три года было меньше 10 укусов и, конечно же, они были несерьезными, но не такими, какие были получены пару дней назад.

В пятницу утром мужчина на Пирсе 39 в Сан-Франциско получил раны, которые не угрожают жизни, но тем не менее был доставлен в травмпункт. В четверг днем другой потерпевший был укушен в руку и был доставлен в больницу с более серьезной травмой.

Морские эксперты говорят, что морские львы очень милые, но это дикие животные. Они могут быть территориальными и защищать себя, если почувствуют угрозу. Или это может произойти из-за простого любопытства.

На настоящий момент нет достаточно информации, чтобы установить, укусило ли двух людей одно и то же животное или нет или речь идет о двух разных морских львах.

«Изменение климата в основном изменяет их продовольственную доступность, и мы видим их миграцию, изменения в еде», сказал главный ветеринар Центра млекопитающих доктор Шон Джонсон. «За несколько лет у нас здесь в бухте появилось много морских львов и несколько лет их было не очень много, потому что их пища находится где-то далеко и они идут за ней. Когда мало пищи, они начинают страдать. Они не в состоянии найти достаточно пищи, и вы знаете, голодный зверь, конечно же, несчастливое животное».

Чиновники закрыли аквапарк минимум до понедельника. И они рекомендуют людям держаться на безопасном расстоянии от морских львов.

И если вас укусили, выйдете из воды как можно скорее, потому что есть шанс микоплазменной инфекции, которая может вызвать лихорадку, боль в горле и другие гриппоподобные симптомы.

Советы для любителей, желающих поплавать среди морских львов:
Укусы и ссадины от контакта с морскими львами и тюленями редко происходят в открытой воде и, как правило, страдают нижние конечности. При укусах ластоногих с признаками инфекции или при серьезной травме из-за риска развития микоплазменной инфекции рекомендуется лечение тетрациклином. Попытка прикоснуться или погладить морских львов или тюленей нецелесообразна и запрещена Законом о защите морских млекопитающих. Пловцы должны как можно скорее покинуть воду после укуса или столкновения.

Центр морских млекопитающих напоминает общественности, что стоит наслаждаться всеми морскими млекопитающими с безопасного расстояния и звонить по горячей линии, если вы подозреваете, что есть проблема.

Советы, как безопасно делить пляжи с морскими львами:
Самое лучшее для людей - это держаться от них на расстоянии. Соблюдайте безопасное расстояние не менее 20 метров.

Если животное заболело или получило травму, не пытайтесь ему помочь. Позвоните на горячую линию центра. Центр будет следить за животным и при необходимости обученный персонал безопасно спасет животное.

Не трогайте и не гладьте, не поливайте водой и не кормите морских млекопитающих. Они дикие животные и могут укусить. Они легко реагируют на людей.

Не пытайтесь вернуть животное в воду. Тюлени и морские львы временно выходят на сушу, чтобы отдохнуть. Матери тюленей часто оставляют своих детенышей на берегу, в то время как они кормятся в море.

Это не первое и не последнее нападение морских львов. В апреле 2015 года на , который поймал крупного желтохоста. Животное ухватилось за рыбу и вместе с ней потащило рыбака под воду, пока мужчина не был отпущен животным.

Во время другого случая, в мае 2017 года в Канаде , когда она села на причал. Случайный прохожий прыгнул за девочкой в воду и достал ее невредимой.

Почему же морские львы в Сан-Франциско внезапно начали атаковать плавающих людей?
В солнечный вторник 12 декабря 2017 года Андерс Якобсон начал свое обычное плавание в бухте аквапарка Сан-Франциско. Вдруг 50-летний мужчина почувствовал, как что-то ухватило его за правую ногу. Он был сильным, но не резким. «Я был в соленой воде в 10 минутах от берега», сказал он, вспоминая свой ужас. Якобсон вернулся на берег потрясенный, но полностью невредимый.

Христиану Эйнфельдту не повезло. 56-летний мужчина любил во время обеденного перерыва окунаться в бухте между рыбацкой пристанью и фортом Мейсон, он называет воду своим фонтаном молодости. 14 декабря приближаясь к бую в четверти мили от берега в районе называемого Шоссе морского льва, он заметил, что на него плыл морской лев. Он крикнул: «Нет!», но было уже слишком поздно. Животное воткнуло один зуб глубоко в его руку, настолько глубоко, что он мог разглядеть свои мышечные волокна. «Моя кожа была растрепана», вспоминал Эйнфельдт. «Я мог видеть, как части моей руки вращаются, как медуза». Под воздействием адреналина он смог оттолкнуться от животного и доплыть до близлежащей лодки, которая доставила его к Пирсу 45.

В течение одного месяца зимой 2017 года четыре разных пловца сообщили о нападениях морских львов в аквапарке или рядом с ним. Почувствовав начало тревожной тенденции, власти 15 декабря закрыли бухту, пока они не смогли понять, почему обычно мирные животные обратили свой гнев против людей.

Обычно нападения морских львов довольно редко встречаются. Частично это связано с дружелюбной природой животных: они могут быть размером с медведей, но у них личность собак, а отчасти это потому, что их добыча обычно намного меньше (в основном они едят рыбу и крабов, и других моллюсков.) Сталкиваясь лицом к лицу с человеком, большинство морских львов выбирают бегство, а не бой. Фактически с 2006 по 2015 год в аквапарке было всего два случая, когда морские львы контактировали с купающимися, сообщает Клэр Симеоне, ветеринар из Центра морских млекопитающих в Саусалито. Гораздо более распространенными являются нападения тюленей (хотя это все еще непривычно), укус которых может привести к неприятному заражению бактерией Mycoplasma phocacerebrale.

Фото. Надпись гласит: «Нападение ластоногих».

Является ли недавняя волна насилия со стороны морских львов работой одного мародерствующего животного или нескольких, неясно, но в каждом случае виновник ускользал. Но Линн Калливан, сотрудник по контактам с общественностью Морского национального исторического парка в Сан-Франциско, считает, что вряд ли это было одно ненормальное животное, вызывавшее шумиху. Что указывает на тревожную тенденцию: внезапная агрессия может быть результатом присутствия чего-то в воде, отравляющего умы животных. В 2015 году Симеон и двое ее коллег опубликовали исследование о нападениях местных ластоногих и исключили несколько факторов окружающей среды: например, дождевые структуры и соленость воды не имели никакого отношения к нападениям. Кроме того, нападавшие морские львы не защищали свой молодняк, так как место разведения животных находится далеко, между Нормандскими островами и Калифорнией. И местное пропитание, похоже, также не иссякло.

Вместо этого ученые полагают, что нападения морских львов могут быть связаны с воздействием домоевой кислотой, нейротоксина, обнаруженного в прибрежных водах Калифорнии, который вырабатывается водорослями Pseudo-nitzschia. Когда вода нагревается, частота и интенсивность цветения водорослей возрастают, которые выбрасывают в океан больше токсина. В 2016 году всплеск домоевой кислоты привел к тому, что регулирующие органы штата на несколько месяцев задержали открытие коммерческого сезона охоты на крабов Metacarcinus magister, из-за опасений, что люди и другие крупные млекопитающие, которые потребляли инфицированных крабов, пострадали от повреждений головного мозга. Как объясняет Гарет Лахвис, нейробиолог из Университета здоровья и науки штата Орегон в Портленде: «Домоевая кислота оказывает глубокое воздействие на мозг, в том числе в экспериментальных ситуациях, на агрессию».

Домоевая кислота также попала на заметку ученых в 2006 году, когда один морской лев начал зверствовать в аквапарке, в котором находилось 14 пловцов (самая крупная последняя резня ластоногих, примерно в то же время в Санта-Барбаре сообщалось о нападениях морского льва).

Тем не менее, уровень кислоты не был особенно высоким в 2017 году. Исследователи из Центра морских млекопитающих изучили, по меньшей мере, 104 морских льва на наличие домоевой кислоты по стандартам большинства лет. Ученые полагают, что вместо острого отравления, недавние нападения могут быть следствием длительного хронического воздействия кислоты. Если это так, то последствия могут быть ужасными: домоевая кислота не выводится, а вред наносимый мозгам морских львов и влияние на агрессию могут усилиться, навсегда нарушив туристический поток. Пока эти страхи были смягчены. Через пять дней после закрытия аквапарка власти вновь открыли его для пловцов, с рекомендацией держаться подальше от морских львов. Большинство людей сразу же вернулись, включая Эйнфельдта, который вернулся в воду в тот день, когда его врач снова разрешил ему поплавать. «У меня была соленая лихорадка», сказал он.

На самом деле, ваши шансы получить травму в воде намного ниже, чем при вождении автомобиля.

Для того чтобы более или менее полноценно раскрыть суть квантовых компьютерных технологий, коснемся сперва истории квантовой теории.
Зародилась она благодаря двум ученым, чьи результаты исследования были удостоены Нобелевских премий: открытие М. Планком кванта в 1918 г. и А. Эйнштейном фотона в 1921 г.
Годом зарождения идеи квантового компьютера стал 1980 г., когда Беньофу удалось успешно продемонстрировать на практике правоту квантовой теории.
Ну а первый прототип квантового компьютера был создан Гершенфельдом и Чуангом в 1998 г. в Массачусетском технологическом институте (MTI). Этой же группой исследователей созданы в два последующих года более совершенные модели.

Для неспециалиста квантовый компьютер – это что-то совершенно фантастическое по масштабам, это вычислительная машина, перед которой обычный компьютер все равно что счеты перед компьютером. И, разумеется, это что-то очень далекое от воплощения.
Для человека, который связан с квантовыми компьютерами, – это устройство, общие принципы действия которого более или менее понятны, однако существует масса проблем, которые следует решить, прежде чем можно будет воплотить его «в железе», и сейчас множество лабораторий по всему миру эти препятствия пытаются преодолеть.
В области квантовых технологий в прошлом уже были достигнуты успехи и частными компаниями, в том числе IBM и DWays.
О новейших достижениях в этой области они регулярно сообщают и сегодня. В основном исследования выполняются японскими и американскими учеными. Япония в стремлении к мировому лидерству в области аппаратного и программного обеспечения расходует огромные средства на разработки в данной области. По сообщениям вице-президента Hewlett-Packard, до 70% всех исследований выполнены в стране восходящего солнца. Квантовые компьютеры являются одним из шагов их целенаправленной компании по завладению лидерством на мировом рынке.

Чем объясняется стремление к овладению этими технологиями? Их бесспорными весомыми преимуществами над полупроводниковыми компьютерами!

ЧТО ЖЕ ЭТО ТАКОЕ?

Квантовый компьютер – это устройство для вычислений, которое работает на основе квантовой механики.
На сегодняшний день полномасштабный квантовый компьютер – это гипотетическое устройство, которое невозможно создать с учетом имеющихся данных в квантовой теории.

Квантовый компьютер, для вычисления использует не классические алгоритмы, а более сложные процессы квантовой природы, которые еще называют квантовыми алгоритмами. Эти алгоритмы используют квантовомеханические эффекты:квантовую запутанность и квантовый параллелизм.

Чтобы понять, зачем вообще необходим квантовый компьютер, необходимо представить принцип его действия.
Если обычный компьютер работает за счет проведения последовательных операций с нулями и единицами, то квантовый компьютер использует кольца из сверхпроводящей пленки. Ток может течь по этим кольцам в разных направлениях, поэтому цепочка таких колец может реализовывать одновременно намного больше операций с нулями и единицами.
Именно большая мощность является основным преимуществом квантового компьютера. К сожалению, эти кольца подвержены даже самым малейшим внешним воздействиям, в результате чего направление тока может меняться, и расчеты оказываются в таком случае неверными.

ОТЛИЧИЕ КВАНТОВОГО КОМПЬЮТЕРА ОТ ОБЫЧНОГО

главным отличием квантовых компьютеров от обычных является то, что сохранение, обработка и передача данных происходит не с помощью «битов», а «кубитов» – попросту говоря «квантовых битов». Как и обычный бит, кубит может находиться в привычных нам состояниях «|0>» и «|1>», а кроме этого – в состоянии суперпозиции A·|0> + B·|1>, где A и B – любые комплексные числа, удовлетворяющие условию | A |2 + | B |2 = 1.

ТИПЫ КВАНТОВЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Можно выделить два типа квантовых компьютеров. И те, и другие основаны на квантовых явлениях, только разного порядка.

компьютеры, в основе которых лежит квантование магнитного потока на нарушениях сверхпроводимости- Джозефсоновских переходах. На эффекте Джозефсона уже сейчас делают линейные усилители, аналого-цифровые преобразователи, СКВИДы и корреляторы.Эта же элементная база используется в проекте создания петафлопного (1015 оп./с) компьютера. Экспериментально достигнута тактовая частота 370 ГГц, которая в перспективе может быть доведена до 700 ГГц.Однако время расфазировки волновых функций в этих устройствах сопоставимо со временем переключения отдельных вентилей, и фактически на новых, квантовых принципах реализуется уже привычная нам элементная база - триггеры, регистры и другие логические элементы.

Другой тип квантовых компьютеров, называемых еще квантовыми когерентными компьютерами, требует поддержания когерентности волновых функций используемых кубитов в течение всего времени вычислений - от начала и до конца (кубитом может быть любая квантомеханическая система с двумя выделенными энергетическими уровнями). В результате, для некоторых задач вычислительная мощность когерентных квантовых компьютеров пропорциональна2N, где N - число кубитов в компьютере. Именно последний тип устройств имеется в виду, когда говорят о квантовых компьютерах.

КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ СЕЙЧАС

Но небольшие квантовые компьютеры создаются уже сегодня. Особенно активно в этом направлении работает компания D-Wave Systems, которая еще в 2007 году создала квантовый компьютер из 16 кубитов. Этот компьютер успешно справлялся с задачей рассаживания за столом гостей, исходя из того, что некоторые из них друг друга недолюбливали. Сейчас компания D-Wave Systems продолжает развитие квантовых компьютеров.

Группе физиков из Японии, Китая и США впервые удалось построить на практике квантовый компьютер по архитектуре фон Неймана - то есть с физическим разделением квантового процессора и квантовой памяти. В настоящий момент для практической реализации квантовых компьютеров (вычислительных машин, в основу которых положены необычные свойства объектов квантовой механики) физики используют разного рода экзотические объекты и явления - захваченные в оптическую ловушку ионы, ядерный магнитный резонанс. В рамках новой работы ученые полагались на миниатюрные сверхпроводящие схемы - возможность реализации квантового компьютера с помощью таких схем была описана в Nature в 2008 году.

Собранная учеными вычислительная машина состояла из квантовой памяти, роль которой выполняли два микроволновых резонатора, процессора из двух кубит, соединенных шиной (ее роль тоже играл резонатор, а кубиты представляли собой сверхпроводящие схемы), и устройств для стирания данных. При помощи этого компьютера ученые реализовали два основных алгоритма - так называемое квантовое преобразование Фурье, и конъюнкцию при помощи квантовых логических элементов Тоффоли:

Первый алгоритм представляет собой квантовый аналог дискретного преобразования Фурье. Его отличительной особенностью является гораздо меньшее (порядка n2) количество функциональных элементов при реализации алгоритма по сравнению с аналогом (порядка n 2n). Дискретное преобразование Фурье применяется в самых разных областях человеческой деятельности - от исследования дифференциальных уравнений в частных производных до сжатия данных.

В свою очередь квантовые логические элементы Тоффоли представляют собой базовые элементы, из которых, с некоторыми дополнительными требованиями, можно получить любую булеву функцию (программу). Отличительной особенностью этих элементов является обратимость, что, с точки зрения физики, среди прочего позволяет минимизировать тепловыделения устройства.

По словам ученых, созданная ими система обладает одним замечательным плюсом - она легко масштабируется. Таким образом, она может служить своего рода строительным блоком для будущих компьютеров. По словам исследователей, новые результаты наглядно демонстрируют перспективность новой технологии.

Наука не стоит на месте и, казалось бы, то, что считалось вчера мистикой сегодня неоспоримая реальность. Так и сейчас, мифы о параллельных мирах могут стать обычным фактом в дальнейшем. Считается, что к этому утверждению помогут прийти исследования в области создания квантового компьютера. Лидерство занимает Япония , более 70% всех исследований приходится на эту страну. Сущность этого открытия больше понятна тем, кто так или иначе связан с физикой. Но большинство из нас оканчивало среднюю школу, где в учебнике 11 класса раскрываются некоторые вопросы квантовой физики.

С чего все начиналось

Напомним, что начало положили два основных открытия, за которые их авторы удостоились Нобелевской премии. В 1918 году Макс Планк открыл квант, а Альберт Эйнштейн в 1921 году фотон. Идея создания квантового компьютера зародилась в 1980 году , когда было доказано об истинности квантовой теории. А идеи начали воплощаться в практику только в 1998 году . Массовые, и при этом достаточно результативные работы, проводятся только в последние 10 лет .

Основные принципы понятны, но с каждым шагом вперед возникает все больше проблем, разрешение которых занимает достаточно много времени, хотя этой проблемой занимается очень много лабораторий во всем мире. Требования к такому компьютеру очень большие, так как точность измерений должна быть очень высокой и нужно свести к минимуму количество внешних воздействий, каждое из которых будет искажать работу квантовой системы.

ЗАЧЕМ НУЖЕН КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР?

На чем основана работа квантового компьютера

Все, в большей или меньшей степени, имеют понятие, как работает обычный компьютер. Смысл его заключается в использование двоичного кодирования, где наличие определенного значения напряжения принимается за 1, а отсутствие 0. , выраженное 0 или 1, считается битом. Работа же квантового компьютера связана с понятием спина. Для кого физика ограничивается школьными знаниями, могут утверждать о существовании трех элементарных частицах и о наличии у них простых характеристик, как масса и заряд.

Но ученые-физики постоянно пополняют класс элементарных частиц и их характеристик, одним из которых является спин. И определенное направление спина частицы принимается за 1, а обратное ему за 0. Это схоже с устройством транзистора. Основной элемент будет уже называться квантовым битом или кубитом. В качестве него могут выступать фотоны, атомы, ионы, ядра атомов.

Главным условием здесь является наличие двух квантовых состояний. Изменение состояния определенного бита в обычном компьютере не ведет к изменению других, а вот в квантовом компьютере изменение одной введет к изменению состояния других частиц. Этим изменением можно управлять, и представьте, что таких частиц сотни.

Представьте только, во сколько раз возрастет производительность такой машины. Но создание целостного новейшего компьютера – это только гипотеза, предстоит большая работа физиков в той области квантовой механики, которая называется многочастичной. Первый мини квантовый компьютер состоял из 16 кубитов . В последнее время выпущены компьютеры с использованием 512 кубитов, но и они уже используются для повышения быстроты выполнения сложнейших операций вычисления. Quipper – язык разработанный специально для таких машин.

Последовательность выполняемых операций

В создании компьютера нового поколения выделяют четыре направления, которые отличаются тем, что выступает в роли логических кубитов:

1. направление спинов частиц, составляющих основу атома;
2. наличие или отсутствие куперовской пары в установленном месте пространства;
3. в каком состоянии находится внешний электрон;
4. различные состояния фотона.

А теперь рассмотрим схему, по которой работает компьютер. Для начала берется какой-нибудь набор кубитов и записываются их начальные параметры. Выполняются преобразования с использованием логических операций, записывается полученное значение, являющееся результатом выдаваемым компьютером. В роли проводов выступают кубиты, а преобразования составляют логические блоки. Такой процессор был предложен Д. Дойчем , который в 1995 году смог создать цепочку способную выполнять любые вычисления на квантовом уровне. Но такая система дает небольшие погрешности, которые можно немного уменьшить, увеличив количество операций задействованных в алгоритме.

Как Работает Квантовый Компьютер?

Чего достигли

Пока разработаны только два типа квантовых компьютеров, но наука не стоит на месте. Работа обеих машин строится на квантовых явлениях:

1. связано со сверхпроводимостью. При его нарушениях наблюдается квантование ;
2. основано на таком свойстве как когерентность. Быстрота вычисления таких компьютеров увеличивается вдвое по сравнению с количеством кубитов.

Второй тип из рассмотренных считается приоритетным в области создания квантовых компьютеров.

Достижения различных стран.

Если вкратце, то достижения последних 10 лет значительные. Можно отметить созданный в Америке двухкубитный компьютер с программным обеспечением. Им же оказалось под силу выпуск двухкубитного компьютера с кристаллом алмаза. В роли кубитов применялось направление спина частиц азота, его составляющих: ядра и электрона. Чтобы обеспечить весомую защиту была разработана очень сложная система позволяющая давать результат с 95% точностью.

ICQT 2017. Джон Мартинис, Google: Квантовый компьютер: жизнь после закона Мура

Для чего все это нужно

Уже говорилось о создании квантовых компьютеров. Эти компьютеры не являются результатом того к чему стремились, но своего покупателя они нашли. Американская компания Lockheed Martin , специализирующаяся в области обороны заплатила 10 млн. долларов. Их приобретение способно находить ошибки сложнейшей программе, установленной на истребителе F-35 . Google с помощью своего приобретения хочет запустить программы для машинного обучения.

Будущее

В разработке квантового компьютера очень заинтересованы крупные компании и государство. Оно приведет к новым открытиям в области разработки криптографического алгоритма. Будет это на руку государству или хакерам решит время. Но работа по созданию и распознаванию криптоключей будет выполняться моментально. Решатся много проблем, связанных с банковской картой.

Сообщения будут передаваться с огромной скоростью и не будет проблем связаться с любой точкой на земном шаре, а может даже за ее пределами.

Такой компьютер поможет сделать , особенно в расшифровке генетического кода. Это приведет к разрешению многих медицинских проблем.

И, конечно же, приоткроет дверь в страну мистических тайн, параллельных миров.

Нас ждут сильнейшие потрясения. Все к чему мы привыкли, является только частью того мира, которому уже дали название Квантовой реальности. Выйти за рамки материального мира помогут , которые и составляют принцип работы квантового компьютера.

Количество информации в мире возрастает ежегодно на 30%. Только за последние пять лет человечеством было произведено больше данных, чем за всю предшествующую историю. Появляются системы Интернета вещей, в которых каждый датчик отправляет и получает огромное количество данных ежесекундно, и, по прогнозам аналитиков, количество подключенных к Интернету вещей скоро превысит количество пользователей-людей. Эти колоссальные объемы информации необходимо где-то хранить и как-то обрабатывать.

Сейчас уже существуют суперкомпьютеры мощностью более 50 петафлопс (1 петафлопс =1 тыс. трлн операций в секунду). Однако рано или поздно мы упремся в физический предел возможной мощности процессоров. Конечно, суперкомпьютеры все еще смогут расти в размерах, но это не решение проблемы, поскольку и размеры когда-нибудь достигнут своих пределов. По мнению ученых, скоро закон Мура перестанет исполняться и человечеству понадобятся новые, значительно более мощные устройства и технологии обработки данных. Поэтому уже сейчас крупные ИТ-компании работают над созданием совершенно нового революционного типа компьютеров, мощности которых будут в сотни раз превосходить те, что мы имеем на сегодняшний день. Это - квантовый компьютер. Эксперты обещают, что благодаря ему, возможно, удастся найти лекарство от рака, моментально находить преступников, анализируя записи с камер, моделировать молекулы ДНК. Сейчас даже представить сложно, какие еще задачи он сможет решать.

Microsoft старается быть на передовой развития этой области, изучая ее уже на протяжении двадцати лет, ведь тот, кто первым создаст квантовый компьютер, получит неоспоримое конкурентное преимущество. Причем компания работает не только над созданием «железа», но также недавно представила язык программирования, который смогут использовать разработчики. На самом деле очень немногие люди могут похвастаться тем, что понимают принципы работы этого революционного устройства, для большинства из нас это нечто из разряда фантастики. Так что же он собой представляет?

Одной из важнейших частей компьютера, от которой напрямую зависит его мощность, является процессор, который, в свою очередь, состоит из огромного числа транзисторов. Транзисторы - это простейшие части системы, они чем-то похожи на переключатели и могут находиться только в двух положениях: либо «включен», либо «выключен». Именно из комбинаций этих положений складывается двоичный код, состоящий из нулей и единиц, на котором базируются все языки программирования.

Соответственно, чем мощнее компьютер, тем больше транзисторов необходимо для его работы. Производители постоянно уменьшают их размеры, стараясь уместить как можно большее число в процессоры. Например, в новом Xbox One X их миллиарды.

Сейчас размер одного транзистора составляет 10 миллимикрон, то есть одну стотысячную миллиметра. Но однажды будет достигнут физический предел, меньше которого транзистор просто невозможно сделать. Для того чтобы избежать кризиса в развитии ИТ, ученые работают над созданием компьютера, который будет работать по совершенно другому принципу, - квантового. Транзисторы, из которых будет состоять квантовый компьютер, могут находиться одновременно в двух положениях: «включен» и «выключен» и, соответственно, сразу быть и единицей, и нулем, это называется «суперпозиция».

Если мы возьмем 4 стандартных транзистора (бита), то они, работая вместе, могут создать 16 различных комбинаций единиц и нулей. По одной за раз.

Если же мы рассматриваем 4 квантовых транзистора (кубита), то они могут быть всеми 16 комбинациями одновременно. Это огромная экономия места и времени!

Но, конечно же, создать кубиты очень и очень сложно. Ученым приходится иметь дело с субатомными частицами, которые подчиняются законам квантовой механики, разрабатывать совершенно новый подход к программированию и языку.

Существуют различные типы кубитов. Эксперты Microsoft, например, работают над созданием топологических кубитов. Они невероятно хрупки и легко разрушаются от малейших звуковых волн или теплового излучения. Для стабильной работы им необходимо постоянно находиться при температуре –273°C. Однако у них есть и ряд преимуществ перед другими типами: информация, хранящаяся в них, практически не подвержена ошибкам, и, соответственно, квантовый компьютер, созданный на основе топологических кубитов, будет являться сверхнадежной системой.

Квантовый компьютер Microsoft состоит из трех основных уровней: первый уровень - собственно, квантовый компьютер, содержащий кубиты и постоянно находящийся при температуре, близкой к абсолютному нулю; следующий уровень - криогенный компьютер - это тоже совершенно новый тип компьютера, который управляет квантовым и работает при температуре –268°C; последний уровень - компьютер, за которым уже может работать человек, и управляющий всей системой. Подобные компьютеры будут в 100–300 раз превосходить по мощности самые продвинутые суперкомпьютеры, существующие сейчас.

Сегодня мир как никогда близко подошел к изобретению настоящего квантового компьютера: есть понимание принципа его работы, прототипы. И в тот момент, когда мощности обычных компьютеров для обработки всей существующей на Земле информации хватать перестанет, появится квантовый компьютер, знаменующий собой совсем новую эру цифровых технологий.