В истории науки и техники было немало примеров, когда передовые, прогрессивные изобретения определенное время существовали, что называется, гипотетически. Причем, само их появление на свет сопровождалось массой неурядиц, что давало скептикам хороший повод признать сие детище совершенно нежизнеспособным. Давайте вспомним, как непросто пришлось реализовать свои замыслы изобретателям телеграфа, парохода, самолета. И только упорство прозорливых людей дало возможность воплотить идеал в жизнь. Собственно, так и происходит научно-технический прогресс, когда всё передовое, всё принципиально новое пробирается через тернии, встречая на своем пути сомнения и даже насмешки.
Только что сказанное во многом совершенно справедливо и в отношении квантового компьютера. Во время недавно прошедшего в Академгородке XVII «Семинара-конференции Проекта 5-100» данной теме был посвящен специальный доклад доцента кафедры квантовой электроники НГУ Ильи Бетерова. Ранее мы уже писали о том, что на этом мероприятии целая сессия была посвящена фотонике. Квантовый компьютер, как мы знаем, имеет прямое отношение к указанному направлению и считается компьютером будущего.
В настоящее время, утверждает Илья Бетеров, вычислительная техника подошла к определенному рубежу, за которым должен произойти некий качественный, революционный скачок. «Вот здесь, на этом графике, – разъясняет ученый, – вы видите знаменитый закон Мура. Он показывает, каким образом происходило развитие электроники в течение последних пятидесяти лет. Каждые два года происходило удвоение числа транзисторов, которые размещались на чипе в электронных схемах. Это, собственно, было материальной, физической основой для того колоссального прогресса в электронике, наблюдаемого нами в течение всего этого периода».
Согласно представленному графику, количество транзисторов на кристалле интегральной схемы еще в начале 1970-х годов составляло примерно десять в третьей степени, в 1980-е годы этот показатель вырос примерно до десяти в пятой степени, в самом начале «нулевых» это уже было десять в седьмой степени. Сегодня это почти десять в десятой степени.
Однако дальше расти в том же направлении и с той же прогрессией уже невозможно, поскольку здесь мы приближаемся к весьма серьезным физическим ограничениям, – пояснил Илья Бетеров.
По его словам, в силу объективных причин закон Мура в скором времени просто перестанет работать. Фактически это означает, что прогрессу традиционных компьютеров поставлена непреодолимая преграда.
«А можем ли мы создать для себя что-то принципиально новое, что позволило бы нам эти ограничения либо обойти, либо, наоборот, превратить их в преимущества?», – задается вопросом ученый.
Как раз одной из таких идей и является идея квантового компьютера. Причем, идея эта была высказана еще достаточно давно. В качестве примера квантовой информатики Илья Бетеров привел книгу советского математика Юрия Манина «Вычислимое и невычислимое», опубликованную еще в 1980 году. В этой книге отмечалось, что для моделирования сложных физических процессов (в частности, для моделирования ДНК) нужен «квантовый автомат». В дальнейшем в научной литературе вместо «квантового автомата» стали использовать понятие «квантовый симулятор», – пояснил Илья Бетеров.
Популярность же идеи квантового компьютера пришла в тот момент, когда на нее обратил внимание нобелевский лауреат Ричард Фейнман, выступавший на конференциях по вычислительной физике. Его книги когда-то были опубликованы на русском языке. Это – «Моделирование физики на компьютерах» (1982) и «Квантовомеханические ЭВМ» (1985). Ричард Фейнман высказал в своих книгах мысль, что для моделирования сложных квантовых систем можно использовать простые квантовые системы, или квантовые симуляторы. И уже потом могут быть созданы квантовые компьютеры, которые позволят решать серьезные вычислительные задачи.
В чем состоит основополагающая идея квантового компьютера? «В обычном компьютере, – разъясняет Илья Бетеров, – мы имеем дело с битами, каждый из которых может находиться в двух возможных состояниях – либо ноль, либо единица. В квантовом компьютере используются квантовые биты – кубиты, отличающиеся тем, что они могут находиться в состоянии квантовой суперпозиции, то есть быть и нулем, и единицей одновременно».
Как правило, непрофессионалу очень сложно понять «алхимический» язык квантовой физики. Здесь нужна специальная подготовка. Если суммировать сказанное простыми словами, то преимущество квантового компьютера в том, что он позволяет решать задачи, которые для обычных компьютеров потребовали бы необозримого времени решения, сравнимого с временем существования Вселенной, – отметил Илья Бетеров. В этом, поясняет ученый, заключается идея квантового параллелизма. Суть ее в том, что при классическом вычислении элементарная операция совершается с одним числом, при квантовых вычислениях – параллельно с огромным массивом чисел. Это отрывает новые возможности, связанные с решением задач экспоненциальной сложности: факторизацией больших чисел или поиском в неупорядоченной базе данных.
Естественно, перед учеными сейчас встает главный вопрос: как же сделать квантовый компьютер? Критерии такой машины, пригодной для практического использования, в свое время были уже достаточно четко сформулированы. Также есть определенные практические наработки «в железе». В частности, в американском университете Висконсин-Мадисон создан действующий прототип квантового компьютера. Конструкция, надо сказать, с виду весьма внушительная, где достаточно много железа в буквальном, физическом смысле. К чести новосибирских ученых, они также стараются шагать в ногу со временем. Аналогичные эксперименты «в железе» сейчас проводятся в лабораториях НГУ. Данные указанных экспериментов как раз и были представлены докладчиком.
Разумеется, во время сессии не обошлось без скептических замечаний в таком духе: «А что от них толку, если обычные компьютеры и без того работают прекрасно?». Удивляться тут не приходится. Как я уже сказал выше, всё новое и прогрессивное именно так и пробивает себе дорогу. Квантовым компьютерам в любом случае придется пройти фазу «гадких утят». И это – нормально. Кстати, разве первые пароходы были так уж хороши? В океан их было выпускать опасно, хотя океанские просторы вовсю бороздили огромные (по тем временам) четырехмачтовые фрегаты.
Если проводить аналогию, то нынешние суперкомпьютеры – это такие же «фрегаты», а квантовый компьютер похож еще на первый пароход – неуклюжий, хрупкий, медлительный, капризный. Но нет никаких сомнений, что время всё расставит на свои места. А значит, работа наших ученых не выглядит напрасной.
Олег Носков
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии