что такое квантовый компьютер простыми словами

Что такое квантовый компьютер простыми словами

Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики (суперпозицию и запутанность) для обработки данных 1. В отличие от обычного компьютера, который оперирует битами (0 или 1), квантовый работает с кубитами, способными находиться в состоянии 0 и 1 одновременно 13.

Если представить обычный компьютер как офисного работника, который выполняет задачи строго по очереди, то квантовый — это «супергерой», который может рассматривать множество вариантов параллельно 23.

Как это работает

• Кубит вместо бита. Обычный бит — как выключатель: либо 0, либо 1. Кубит — как подброшенная монетка в воздухе: пока крутится, она одновременно и «орёл», и «решка» 3. Физически кубитом может быть фотон, ион, спин ядра атома и т.п. 1
• Суперпозиция. Кубит хранит сразу оба состояния, а группа кубитов — все их комбинации одновременно: например, 4 кубита представляют сразу 16 комбинаций 3. Знаменитый образ — кот Шрёдингера, который одновременно жив и мёртв, пока ящик закрыт 3.
• Запутанность. Несколько кубитов могут быть связаны «невидимой нитью»: изменение состояния одного мгновенно меняет состояние другого, даже на расстоянии — Эйнштейн называл это «странным дальнодействием» 3.
• Измерение. Как только мы «смотрим» на кубит, суперпозиция схлопывается, и получается обычный 0 или 1 13. Поэтому квантовые алгоритмы строят так, чтобы в финале с высокой вероятностью получить нужный ответ 3.

Из чего состоит квантовый компьютер

Это не ноутбук с подсветкой, а скорее научная лаборатория 2:

• Квантовый процессор — чип размером с почтовую марку с кубитами (например, из сверхпроводников — ниобия или алюминия) 2.
• Криостат — огромный многоуровневый «холодильник» в виде золотистого цилиндра, охлаждающий чип почти до абсолютного нуля (−273 °C) 2.
• Контрольная электроника — управляет кубитами микроволновыми (или лазерными) импульсами 2.
• Система коррекции ошибок — кубиты очень капризны: тепло, вибрации, радиоволны легко рушат вычисления, поэтому нужны спецалгоритмы защиты 2.

В чём смысл и где предел

Квантовый компьютер быстрее обычного не во всём — сложить два числа он сложит так же, и в Доту на нём не поиграть 3. Преимущество («квантовое превосходство») он даёт в задачах, где нужно перебрать огромное число вариантов или смоделировать сложные системы — например, в криптографии (алгоритм Шора для взлома шифров) или моделировании молекул 13.

При этом полноценный универсальный квантовый компьютер пока остаётся гипотетическим устройством: на начало 2020-х реализованы только единичные экспериментальные системы, выполняющие фиксированные алгоритмы небольшой сложности 1. Главное препятствие — декогерентность, то есть «срыв» квантового состояния от случайных воздействий 1.