Блог компании Онлайн Патент. Квантовые компьютеры — технология, которая может вывести вычислительные мощности техники на принципиально новый уровень. Это позволит совершить огромные прорывы почти в любых науках и сферах жизни — фармацевтике, химии, криптографии, а также смягчить климатический кризис. Техногиганты, стартапы и научные институты бьются над разработкой первой подобной машины, но пока сумели создать лишь маломощные прототипы и теоретические модели.

Разбираемся, почему квантовые вычисления так притягательны и какие препятствия стоят на пути к ним.

Что такое квантовый компьютер

Квантовые компьютеры — это принципиально новое поколение вычислительных устройств, которые, в отличие от сегодняшних электронных машин — от личных ноутбуков до мощных суперкомпьютеров из научных центров, — работают на основе законов квантовой механики, а не классической физики. Подробнее о том, как они устроены, мы расскажем чуть позже.

Технология квантовых компьютеров не призвана заменить привычные нам ПК, но позволит решать целый спектр задач намного эффективнее. Процессоры, построенные на принципах квантовой механики, позволяют многократно увеличить плотность хранения информации и скорость вычислительных операций, а значит проводить сложные вычисления, недоступные обычным компьютерам, в том числе и суперкомпьютерам.

Главная область, будущее которой связывают с квантовыми процессорами — это криптошифрование. Предполагается, что в ближайшие годы появится квантовый компьютер, который сможет взломать все текущие протоколы защиты интернет-данных всего за несколько часов.

Чтобы воспользоваться этим преимуществом, шпионские агентства и спецслужбы уже сохраняют весь доступный поток данных, чтобы расшифровать его и получить доступ к чужим секретам. «Мы видим, как это делают наши противники — копируют наши зашифрованные данные и просто хранят их», — объясняет Дастин Муди, математик, отвечающий за стандарты постквантового шифрования в США. Именно поэтому в 2022 году Джо Байден поручил до 2035 года перевести всю стратегически важную информацию в новые протоколы шифрования, построенные на квантовой механике.

Современный квантовый компьютер IBM

Квантовые вычисления — это очень сложная технология, которую в самом начале развития нужно было зафиксировать хотя бы в самых примитивных, но стабильных формах. Поэтому первый прототип квантового устройства, представленный IBM в 2001 году, был способен лишь найти множители числа 15 (это 3 и 5) — с такой задачей может справиться даже ученик средней школы. Тем не менее, изобретение стало важным этапом в развитии индустрии, показав, что квантовые вычисления возможны не только в умозрительных моделях.

Сегодня квантовые компьютеры могут выполнять намного более комплексные математические задачи, связанные с факторизацией чисел, но и этого пока недостаточно для разработчиков. Для измерения эффективности разработок в этой области известный физик Джон Прескилл ввел понятие квантового превосходства. Это — уровень производительности квантового компьютера, которое позволит ему решить задачу быстрее, чем это сделает любой суперкомпьютер. Именно этого стремятся достичь разработчики квантовых процессоров. Сегодня они близки к квантовому превосходству, но пока окончательно не достигли его.

Как работает квантовый компьютер?

Квантовые вычисления — очень сложная штука. Даже Джон Клаузер, один из первопроходцев направления, говаривал: «По сей день я признаюсь, что до сих пор не понимаю квантовую механику». К тому моменту исследователь занимался этой темой уже не одно десятилетие.

Научное сообщество многие годы сохраняло скепсис по поводу квантовой физики — мало кто верил, что это направление способно принести человечеству реальную пользу.