Телепортация, путешествие во времени или в параллельные миры — все это следствия появления такой науки, как квантовая физика. Но если телепортация для людей пока возможна лишь в теории, то реальные кейсы, где применяются квантовые вычисления, уже существуют.

Ильназ Маннапов, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Квантовые методы обработки данных» (КФУ), выступил на фестивале науки и технологии «ПРОСТО», организованном российским ИТ-вузом, и рассказал о влиянии квантовых вычислений и физики на человеческое мировоззрение.

Почему квантовая физика должна испугать

«Если квантовая физика вас не испугала, значит, вы ее не поняли», — как-то сказал один из создателей квантовой физики Нильс Бор. Многие из нас знают про такие явления, как телепортация, путешествие в параллельные миры или в будущее. Но не все знают, что данные явления являются следствиями такой науки, как квантовая физика.

В конце XX века многие исследователи поняли, что квантовую физику можно использовать при создании нового вида компьютеров. Можно сказать, что исследователи, которые занимаются вопросами квантовых вычислений, готовят теоретическую основу для телепортаций, путешествий во времени либо в параллельные миры.

В контексте классических вычислений есть такое понятие, как 1 бит — это единица представления или хранения информации. Аналогично классическому биту можно определить квантовый бит, который является единицей квантовой информации. Один классический бит может в себе хранить каждый момент времени одно из двух состояний: либо ноль, либо единицу. С физической точки зрения — это наличие или отсутствие электрического сигнала. Как и в классическом случае, в квантовом есть состояния — 0 и 1. Но, в отличие от классических вычислений, 1 кубит может хранить в себе суперпозицию этих состояний. То есть состояние квантового бита в общем случае определяется двумя характеристиками, или двумя параметрами. Первый параметр отвечает за вероятность нулевого состояния, а второй — за вероятность первого состоянии. Квантовый бит в некотором роде — некое вероятностное состояние, однако из него можно извлечь классическую информацию. Для этого используется специальная операция под названием измерение.

Базисные состояния в квантовом случае не являются единственными возможными состояниями. Также есть состояние, к примеру, плюс-минус, и нужно отметить, что базисное состояние зависит от физической реализации квантового бита.

Квантовые вычисления и их отличия от классических

Любые классические вычисления основываются на некоторых классических преобразованиях. То есть это некие действия, которые мы можем предпринимать с классическим видом. К примеру, оператор НЕ инвертирует значение классического бита. То есть если на входе мы получаем 0, то на выходе получаем 1, и наоборот. Для работы с квантовым битом используются квантовые преобразования. Есть одно отличие, которое обособляет квантовые преобразования от классических. Квантовые преобразования являются обратимыми. Действие любого из них можно обратить с помощью некоторого другого также квантового преобразования. И, в отличие от классических вычислений, для квантовых можно определить еще одну операцию под названием «измерение». С помощью этого преобразования мы можем извлекать классическую информацию из квантового бита.