Квантовые компьютеры или как взломать Пентагон за 5 минут (или даже секунд)

Квантовые компьютеры - тотальное унижение современных ПК.

Введение.

Еще в 30-е годы XX-го века венгерский математик Джон фон Нейман (см. Рис.1)обратил внимание на возможность разработки квантовой логики, которая впоследствие стала первым шагом к реализации идеи квантовых компьютеров. Так что же такое квантовые компьютеры?
(Рис.1)

Перед написанием статьи я долго думал, стоит ли вообще объяснять принцип работы квантовых компьютеров ведь об этом написано куча статей, однако взвесив все «за» и «против» я решил, что все-таки это необходимо. Ведь статьи на такие специфические темы читают не все.

1. Принцип работы

Квантовые компьютеры - это компьютеры, которые работают на основе законов и принципов квантовой механики. Самым известным из них является принцип суперпозиции, гласящий что частица может находиться в двух состояниях одновременно пока за ней не «следит» сторонний «наблюдатель». На основе данного принципа и был поставлен эксперимент с котом Шредингера, когда для макроскопического объекта (наблюдателя) кот, находящийся в закрытой коробке был одновременно и мертв и жив. Только после вскрытия коробки (тобишь установления факта наблюдения) экспериментатор мог убедиться жив кот или израсходовал уже все свои 9 жизней мертв. Тут я достаточно грубо и поверхностно описал данный принцип, так как наверняка вам еще не понятно ЧТО это за мистический «наблюдатель» и как он посредством своего наблюдения влияет на поведение частицы. Поэтому я предоставлю вам статью, где вы подробнее можете об этом почитать: https://22century.ru/popular-science-publications/quantum-superposition

Теперь вернемся к компьютерам. Все мы знаем, что современные компьютеры работают на основе двоичного кода. То есть один бит информации существует в вашем компьютере либо в виде нуля, либо в виде единицы.

Однако в компьютере, использующем принципы квантовой механики, в качестве единицы информации используются Кубиты, которые могут находиться уже не в двух состояниях ( 0 или 1), а в целых трех! (0, 1, 0 и 1 одновременно). Это возможно как раз благодаря тому самому принципу суперпозиции!

2. Что же нам дают эти кубиты?

Существование таких кубитов дает нам просто ошеломляющие результаты! Мы уже знаем, что наш замечательный кубит помимо двух обычных имеет еще и третье «промежуточное» состояние, а это значит, что он может теперь хранить целых два значения вместо одного. А значит, если мы будем проводить с ним какие-либо операции, то они будут проводиться одновременно и с нулем и с единицей. Благодаря этому квантовый компьютер способен производить вычислительные операции не последовательно, а параллельно!
То есть представьте на секунду, что у вас есть два компьютера: обычный и квантовый. Также у вас есть шифр состоящий из нескольких десятков знаков, который нам необходимо декодировать путём подбора. У простого компьютера на его декодировку уйдёт несколько МИЛЛИАРДОВ лет, а у квантового всего несколько СЕКУНД, потому что он сможет подбирать несколько триллионов комбинаций кода в секунду параллельно. Надеюсь теперь вы почувствовали тот огромный скачок, который нас ждёт после перехода на квантовые ПК.

3. Области применения.

Области применения квантовых компьютеров поистине безграничны! Но больше всего они будут полезны тем отраслям науки, которые работают просто с невероятным массивом данных! Таких как медицина, экономика, прогноз погоды, химия, и т.д.

• К примеру, в медицине благодаря квантовым компьютерам станет возмоным раннее диагностирование многих опасных болезней, появление новых более эффективных препаратов, вакцин и т.д.

• В экономике от котировок акций зависит макроэкономическая стабильность множества стран, однако их поведение зависит от огромного количества переменных, из-за чего прогнозы, вычисленные даже на самых мощных суперкомпьютерах становятся не такими точными как хотелось бы. Это как раз и может исправться с появлением квантового компьютера. Прогнозы станут точными и производиться они будут намного быстрее.

• Про прогноз погоды пожалуй и говорить не стоит. Тот рост производительности суперкомпьютеров на основе кремниевых транзисторов, который мы видим сейчас не достаточен. В будущем они не смогут удовлетворить потребности развивающихся численных моделей прогноза погоды и климата. Из этого можно сделать вывод, что в области прогнозирования погоды уже сейчас чувствуется дефицит вычислительных мощностей и квантовые компьютеры стали бы для них панацеей.

• Другой пример - это точное моделирование молекулярных взаимодействий в химии, поиск оптимальных конфигураций для химических реакций. Такая «квантовая химия» настолько сложная, что с помощью современных цифровых компьютеров можно проанализировать только простейшие молекулы

4. Искусственный интеллект + квантовые компьютеры = ?

Эта смесь поистинне является самой интересной на мой взгляд. Предоставив ИИ такую огромную вычислительную мощность мы ускорим его обучение и развитие в целом, что одновременно и страшно и нереально круто. Осталось только дождаться появления универсального квантового компьютера, что может случиться в ближайшие годы. Почему годы? Потому что кубиты на данный момент не постоянны и их связи постоянно рушатся, что приводит к большому количеству «ошибок» при вычислении, однако работы в этом направлении ведутся и подходы к решению этой проблемы самые разные, начиная с попыток стабилизации кубитов и заканчивая увеличением порога допустимых ошибок. Каким будет окончательное решение пока сказать сложно, но нет сомнения в том, что его найдут. Это лишь вопрос времени...

P.S. Не знаю как ты, читатель, но я с оптимизмом смотрю в будущее и я очень рад жить в такое время, когда наука вновь становится популярной среди широких масс. Проходя мимо разных школ, я часто украдкой слышу, как подростки с интересом обсуждают запуски космических ракет компании SpaceX, как они говорят о криптовалютах и блокчейн технологиях, как они пытаются вообразить себе настоящий искусственный интеллект. Эти и другие примеры заставляют меня верить в человечество и в наше прекрасное будущее...