Все, что вы хотели знать о квантовых компьютерах, но не знали, кого спросить

Представьте в воображении квантовый компьютер. Наверняка в голове возникает образ обычной машины, только мощнее. Это ошибка, заявляет Шаян Маджиди (Shayan Majidy) из Гарвардского университета, ведущий автор учебника "Building Quantum Computers". Квантовые компьютеры работают на иных принципах. Они используют явления суперпозиции, интерференции и запутанности между кубитами. Их странная природа порождает множество мифов, пишет New Scientist.

Маджиди выделяет три ключевых факта.

Первый: квантовые компьютеры уже существуют. Ученые по всему миру используют их ежедневно. Некоторые компании сделали машины публично доступными — любой человек может получить доступ к ним из дома. Правда, это не массовый продукт вроде языковых моделей. Сейчас это специализированные устройства. Экспериментаторы работают с ними каждый день, конструируя блоки для будущих систем или изучая фундаментальные вопросы.

Второй: квантовые компьютеры не делают все вычисления быстрее. КВ правильнее называть "способными работать иначе". Ускорение они дают только для очень специфических задач. Например, при разложении больших чисел на множители (важно для взлома шифров), для быстрого поиска в неструктурированных базах данных или для симуляции квантовых систем. Это узкий класс задач, для которых существуют специально разработанные алгоритмы. Для просмотра веб-страниц, отправки сообщений или игр квантовый компьютер не даст никакого преимущества перед ноутбуком. Использовать его в быту — пустая трата ресурсов.

Третий: квантовый компьютер не эквивалентен множеству обычных компьютеров, работающих синхронно над одним и тем же вычислением. Многие думают, что суперпозиция позволяет кубитам перебирать все варианты разом. Отчасти это правда, но проверить все эти ответы одновременно невозможно. Секрет хороших алгоритмов в другом: за счет квантовой интерференции они отбирают правильные ответы и игнорируют неправильные. При финальном измерении компьютер "схлопывает" суперпозицию и выдает один точный, наиболее вероятный верный ответ.

Поскольку квантовый компьютер работает на принципах суперпозиции и запутанности, его кубиты могут быть и нулем, и единицей одновременно, а связанные друг с другом они удваивают мощность с каждым новым кубитом. Изменение состояния одного кубита мгновенно влияет на другой, даже если они физически разделены. Это объединяет их в единую систему: добавление каждого нового кубита удваивает вычислительную мощность компьютера, делая ее колоссальной, но лишь для очень узкого круга задач.