По всей видимости, мы находимся где-то возле предела совершенствования своей биологической основы. В то же время, возможности искусственных носителей практически ничем не ограничены.
Гордон Мур1 сформулировал интересную закономерность в развитии компьютеров. Он подметил, что объём компьютерной памяти каждые два года удваивается.
По прошествии времени закон Мура доказал свою состоятельность. Правда, он имеет одно базовое ограничение. Поскольку размер элементов микросхемы конечен, то нельзя уменьшать его до бесконечности. Поэтому достаточно скоро возможности электронной техники, основанной на кремнии, достигнут своего предела. Но на смену ей должен прийти квантовый компьютер.
Учёные постепенно продвигаются к решению этой грандиозной задачи. Пока что в научных экспериментах, связанных с созданием квантового компьютера, задействовано слишком малое число частиц. Это связано с проблемой неустойчивости любой квантовой системы.
Суть в том, что большое количество частиц трудно полностью изолировать от окружающей среды. А, проникая в неё, частицы только что составлявшие единый квантовый процессор, начинают запутываться с «чужими» квантами.
Соответственно, информация утекает из базовой квантовой системы и устойчивые связи разрушаются. Таким образом, столкновение с единственной молекулой воздуха становится причиной поломки квантового компьютера.
К сожалению, любое внешнее воздействие легко нарушает квантовое равновесие. А без него не создать работоспособную вычислительную машину нового поколения. Поэтому необходимо придумать каким образом полностью изолировать атомы от окружающей среды.
В действующих моделях запутаны всего лишь несколько квантов. В по-настоящему мощном квантовом компьютере должны синхронно вибрировать миллионы, а лучше, миллиарды атомов.
Принцип работы компьютера легко может понять даже неспециалист. Он сводится к трём элементарным логическим операциям: И, Или, Нет.
Обычный кремниевый компьютер производит расчёты в двоичной системе счисления. Операции производятся исключительно с нулями и единицами и считаются в битах. Бит – это единица информации, соответствующая выбору одной из двух альтернатив. В принципе, это достаточно примитивный механизм.
Совсем другое дело квантовый компьютер. Он может оперировать квантовыми битами, или кубитами, которые способны принимать промежуточные значения, между нулем и единицей.
Самой амбициозной представляется задача сконструировать квантовый компьютер, который бы производил вычисления на минимально возможном материальном носителе – отдельном атоме.
Известно, что атом вращается. Если условно считать атом, вращающийся по часовой стрелке, нулём, а против часовой – единицей, то перевернув его, ноль сменится на единицу и наоборот. То есть, будет произведено определённое действие. На этой основе можно создать вычислительную машину.
Сложность в том, что в квантовом мире главенствуют силы неопределённости, частицы находятся в нескольких местах одновременно, поэтому, в некотором смысле, атом вращается и по часовой стрелке, и против неё, и в обоих направлениях сразу. Его состояние описывается произвольной суммой нулей и единиц.
Разумеется, информации здесь содержится значительно больше, чем один бит. Поэтому, квантовый компьютер способен оперировать кубитами информации, говоря по-другому – множеством степеней свободы.
Кубиты напрямую связаны квантовым запутыванием, поэтому каждая операция с одним из них, одновременно затронет все прочие. Состояние неопределённости обеспечит квантовому компьютеру огромную вычислительную мощность.
Потенциал квантового компьютера ошеломляет. По сравнению с обычным, скорость его вычислений возрастёт на порядки. Это станет возможным благодаря квантовому параллелизму, то есть параллельной обработке огромного количества входящих данных. Фактически вычисления производит мощная квантовая сеть за счёт состояния Суперпозиции.
Кроме того, квантово-механическая логика отлична от классической. В ней присутствуют дополнительные способы математических операций, например, извлечение корня квадратного из И, Или, Нет. Это резко повышает потенциал возможностей подобного устройства.
За разумное время квантовый компьютер способен произвести расчёты, на которые современной электронике необходимы миллиарды лет. С его помощью можно решить множество научных и технологических задач, пока что не подвластных учёным. А главное – можно попробовать создать искусственный интеллект. Всё указывает на то, что квантовый компьютер способен сделать это.
Способность быстро рассчитывать сложнейшие задачи очень востребована не только в математике, физике, биологии, химии, но и в гуманитарных науках – экономике, статистике. Компьютеры становятся незаменимыми в медицине. Но есть важнейшая загвоздка.
Успехи