«КВАНТОВАЯ ТЕЛЕПОРТАЦИЯ»: новый технологический прорыв

Photo by Prateek Kochar on Unsplash

Впервые квантовые вычисления приблизились к тому, чтобы использоваться на практике в недоступных ранее масштабах. Физики из Оксфордского университета на основе фотонного сетевого интерфейса создали технологию распределенных квантовых вычислений — «квантовой телепортации». Нас ожидает невероятный прорыв в самых разных областях, поскольку эта новация делает возможным решение ранее абсолютно недоступных вычислительных задач.

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА — МАКСИМАЛЬНО ПРОСТО!

Человеку, который не является дипломированным физиком, разобраться в этом непросто. Однако не настолько сложно, как кажется. Альберт Эйнштейн любил повторять своим коллегам-ученым: если вы не можете объяснить свою теорию простыми словами, значит, сами не до конца ее понимаете. Упрек был услышан. И со времен Эйнштейна популяризаторы науки смогли добиться впечатляющих результатов в деле публичного «упрощения» сложных научных идей.

Тем не менее квантовая физика для многих до сих пор является «тем, чего не может быть». Описывая мир на уровне элементарных частиц, она оперирует законами, которые противоречат законам макромира. В квантовом мире царит принцип неопределенности, сформулированный немецким физиком Вейнером Гейзенбергом.

Он обнаружил, что точное измерение одного параметра автоматически снижает точность измерения другого. Но до тех пор, пока вы не начали свои измерения, частица находится в «суперпозиции» — в нескольких состояниях одновременно.

Кроме того, частицы не живут «сами по себе» — даже находясь в разных местах, они являются элементами единой системы. Взаимосвязь их состояний называют квантовой запутанностью.

КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР И «ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ МИРЫ»

Квантовые компьютеры как раз и создаются для того, чтобы использовать для передачи и обработки данных то, что недоступно компьютерам обычным. А именно — суперпозицию частиц и их квантовую запутанность. Квантовые биты, которые сокращенно называют кубитами, могут одновременно принимать значение и логического ноля, и логической единицы.

Следуя многомировой интерпретации квантовой механики, предложенной американским физиком Хью Эвереттом, можно предположить, что квантовый компьютер производит вычисления во многих «параллельных вселенных» одновременно. Однако это не просто перебор всех возможных вариантов ответа.

Если представить кубит как некую «волну вероятностей», то квантовый компьютер — это устройство по управлению амплитудами этих вероятностей. Для изучения законов Вселенной это открывает гигантские перспективы.

Особенно если принять идею, что Вселенная — это тоже квантовый компьютер. Только немыслимо огромных размеров и постоянно вычисляющий сам себя.

КВАНТОВЫЙ СМАРТФОН? ПРИДЕТСЯ НЕМНОГО ПОДОЖДАТЬ!

Прежде чем перейти к ошеломляющих сценариям будущего, которое приготовили нам квантовые технологии, придется упомянуть о некоторых объективных ограничениях. Например, тем, кто мечтает о персональных квантовых компьютерах и смартфонах, придется набраться терпения и подождать.

Во всем виновата «декогерентность» частиц — они не особо склонны целенаправленно трудиться на благо человечества, постоянно хотят перепутаться со средой и передать информацию во внешний мир. По этой причине обеспечить системе кубитов взаимосвязанную (когерентную) суперпозицию не так-то просто.

Систему нужно не только полностью изолировать от внешнего мира, но и охладить до сверхнизкой температуры. Как вы понимаете, создать такие условия в частной квартире, а тем более в чехле от смартфона, невозможно. Для этого требуются немалые ресурсы крупных корпораций и государств.

КВАНТОВОЕ ПРЕВОСХОДСТВО: ТЕХНОЛОГИЯ «ПРЕДСКАЗАНИЯ»

На сегодняшний день лидерами квантовых технологий считаются США и Китай. Также в квантовой гонке активно участвуют Великобритания, Канада, Израиль и Россия. О своих планах по созданию «самого мощного квантового компьютера в мире» попеременно объявляют Microsoft, IBM, Google. Лидеры постоянно меняются.

Сейчас это Google. Компания создала процессор, тратящий чуть более 3 минут, чтобы произвести расчеты, на которые самому мощному в мире компьютеру «Саммит» нужно порядка 10 тысяч лет. Но дело здесь не только в «квантовом преимуществе», то есть увеличении скорости вычислений.

Речь идет о «квантовом превосходстве». Этим термином в 2012 году профессор Калифорнийского технологического института Джон Прескилл назвал способность проведения квантовых вычислений, которую невозможно провести на классическом компьютере за разумное время.

Превосходство заключается также и в использовании памяти, что совокупно открывает путь к предсказаниям физических явлений, которые ранее были невозможны.

НОВЫЙ ПРОРЫВ В «КВАНТОВОЙ ТЕЛЕПОРТАЦИИ»

Конечно, технологии квантовых вычислений находятся еще в самом начале своего развития. Специалисты сравнивают их нынешний уровень с тем, как примерно обстояли дела с ИИ в 2010-х. Однако, судя по всему, человечество шаг за шагом движется к невероятному прорыву и в этой области.

Так, в Оксфордском университете заявили, что нашли способ масштабировать квантовые вычисления. А это именно то, что являлось препятствием для создания полноценной индустрии квантовых компьютеров по аналогии с компьютерами классическими.

Ранее для обработки миллионов кубитов необходимо было объединить в одном устройстве множество процессоров. В результате получался квантовый компьютер довольно внушительных размеров. В Оксфорде эту проблему удалось решить способом «квантовой телепортации». Они взяли два отдельных квантовых процессора и с помощью фотонного сетевого интерфейса объединили их в одну систему.

НОВЫЙ ДИВНЫЙ МИР

Успешные опыты с телепортацией были и раньше, однако сейчас ученым впервые удалось добиться телепортации базовых операций квантовых алгоритмов через сетевое соединение. Это значит, что потенциально число процессоров в такой сети может быть неограниченным, а вычисления могут быть распределены между небольшими квантовыми устройствами.

По сути, мы находимся в шаге от создания «квантового интернета» и других невероятных вещей. До неузнаваемости может измениться индустрия блокчейна и традиционного майнинга, которому бросает вызов так называемый алгоритм Гровера. По сравнению с классическими методами, он предлагает квадратичное ускорение при переборе данных.

В Оксфорде уже проверили эффективность своего изобретения на алгоритме Гровера — распределенный подход позволил значительно расширить границы квантовых вычислений, спектр применения которых огромен: научные исследования, моделирование сложных систем, химия, фармакология, машинное обучение, финансы, криптография, логистика и многое другое.

Оригинальные исследования: