quantum-computer-internet-illos-660x433

Зачем нужны кубиты?

Мы стараемся поспевать за волной всеобщего интереса к кубитам и квантовым технологиям, поэтому сегодня расскажем вам о том, зачем вообще нужны эти квантовые биты и что с ними можно делать.

Безусловно, самым важным и очевидным применением кубитам является построение квантового компьютера, пригодного для исполнения широкого спектра квантовых алгоритмов. Подробнее о принципах его работы можно прочитать здесь или здесь, либо дождаться нашей статьи на эту тему. Наиболее известным квантовым алгоритмом является алгоритм Шора, который нацелен на решение задачи разложения чисел на простые множители (задача факторизации, дискретного логарифма). Казалось бы, что в этом сложного и зачем для решения такой задачи нужен квантовый компьютер? Мы все без труда раскладываем на простые множители числа вида 15 = 3*5, 55 = 5*11, 91 = 13*7 и т.д. Но можете ли вы разложить на два простых множителя число 853, или 13297, или 99487? Уже не так просто, правда? Но если написать программу для компьютера, то он довольно быстро найдет исходные множители простым перебором (или другим, более сложным алгоритмом). А если в числе будет не 5 знаков, а, хотя бы, 100? С такой задачей не могут справиться и самые современные компьютеры - на это у них уйдет от нескольких десятков до нескольких миллионов лет в зависимости от длины числа.

Квантовый процессор, на котором был запущен алгоритм Шора.

Квантовый процессор, на котором был запущен алгоритм Шора.
Источник: Martinis group, UCSB

А вот квантовые компьютеры, исполняя алгоритм Шора, должны справляться с этой задачей за считанные секунды. По крайней мере, в теории. На практике удастся проверить только тогда, когда будет создан первый полноценный квантовый компьютер, оперирующий парой тысяч кубитов. Кстати, пару лет назад ученые исполнили алгоритм Шора на квантовом процессоре из 3-х кубитов, подробнее об этом можно почитать здесь (англ.).

Почему же задача факторизации чисел так важна? Дело в том, что многие из современных протоколов, обеспечивающих защищенную передачу данных (например, при совершении банковских операций), используют вычислительную сложность этой задачи для генерации секретного ключа, который применяется для шифрации-дешифрации сообщений. С созданием квантового компьютера эти системы в мгновение ока перестанут быть сколь либо секретными и безопасными. Подробнее об этом можно почитать, например, здесь: https://blog.kaspersky.ru/kvantovye-kompyutery-i-konec-bezopasnosti/1989/

Существуют и другие квантовые алгоритмы, сулящие немалую выгоду в решении сложных для классических компьютеров задач, например, алгоритм Гровера, который легко осуществляет быстрый поиск информации в неупорядоченных базах данных. Кроме того, с помощью квантового компьютера возможно решение многих трудоемких математических задач (задач оптимизации), например, известную задачу коммивояжера.

О задаче коммивояжера.

К задаче коммивояжера.

Не стоит также забывать и об изначальном видении знаменитого физика Ричарда Фейнмана – использовании квантового компьютера для моделирования физической реальности с учетом ее квантовой природы. Это направление сулит большие перспективы, т.к. станет возможным моделировать новые материалы с заданными свойствами или сложные лекарственные соединения в сотни раз быстрее, точнее и дешевле.

Одним из альтернативных направлений использования сверхпродящих кубитов является создание на их основе квантовых метаматериалов – массивов искусственных «атомов», способных особым образом без потерь энергии преломлять проходящее через них электромагнитное излучение. Сверхпроводящие кубиты также являются прекрасным инструментом для высокоточных квантовых измерений и создания так называемой "квантовой оптики на чипе" (где кубиты используются в качестве источников и детекторов единичных фотонов). Об этих двух направлениях мы обязательно поговорим еще, а пока предлагаем посмотреть короткое видео ниже.

P.S. если вам понравилась статья, вступайте в наше сообщество Вконтакте, подписывайтесь на нас и рассказывайте друзьям!

Комментарии: