Квантовый компьютер — реальность, а не миф

В мировой компьютерной индустрии назревает крутой переворот. Физики из пенсильванского университета заявили, что через 4 года привычные кремниевые микросхемы достигнут предела своего развития. И уменьшать главный элемент всех компьютеров дальше будет нельзя.

Это значит, что ЭВМ в их нынешнем виде осталось жить недолго. На смену, скорее всего, придут принципиально новые, квантовые компьютеры. Вместо микросхем там будут элементарные частицы, что должно резко уменьшить размеры и многократно поднять производительность.

Долго ли ждать суперновинку, встретившись с разработчиками, попытался понять корреспондент НТВ Сергей Малозёмов.

«То, что вы видите, это компьютер будущего. Он уже создан и работает». Эти слова президента канадской компании «Ди-Вейв» (DiWave) на конференции в Калифорнии произвели настоящую сенсацию. Публике впервые представили процессор на элементарных частицах.

«Мы не смогли привезти сюда сам компьютер. Ему пока нужны слишком большие емкости с жидким гелием. Но связь с ним установлена по Интернету и можно видеть, как сейчас, например, он решает головоломку судоку», — объяснил канадец.

Пока этот прототип работает не быстрее слабенького обычного компьютера, но здесь важен сам принцип. Академик Камиль Валиев из Физико-технологического института РАН объясняет: в нынешних процессорах информацию кодируют транзисторы и в зависимости от напряжения на выходе считают за 0 или 1. Если же вместо транзисторов взять электроны, возможности куда шире, ведь элементарные частицы живут по своим, почти волшебным законам.

Камиль Валиев, академик РАН, научный руководитель Физико-технологического института РАН: «Это мы называем суперпозицией. Частица находится не в нуле и не в единице, а в смеси нуля и единицы».

Ученые охлаждают атомы до сверхнизкой температуры, чтобы те не улетали, а лазерный луч передает им задачу и снимает решение. Разница с обычным компьютером примерно такая же, как у него самого с деревянными счетами.

Итак, единица информации в квантовом компьютере может быть не нулем или единицей, а и тем, и другим одновременно. Это значит, что одна такая ячейка способна выполнить сразу две операции, две ячейки — 4, 4 электрона совершат 16 действий и так далее. 2 в такой степени, сколько взято электронов. Если их наберется хотя бы тысяча, то во всей Вселенной не останется ни одной не решаемой задачи.

Но собрать вместе и заставить работать даже не тысячу, а хотя бы полсотни атомов, крайне сложно технически. У канадцев из «Ди-Вейв» вычисления совершали 16 частиц, но это слишком мало.

Камиль Валиев, академик РАН, научный руководитель Физико-технологического института РАН: «Сегодня на ловушках работают порядка десятка ионов. Поскольку когда очень большое число ионов, цепочка эта, ионный кристалл, становится неустойчивой».

Ни о какой миниатюрности и тем более квантовых ноутбуках речи пока нет. Процессор, конечно, крошечный, но вокруг него огромные чаны с охлаждающим газом и мощные лазеры. В гонке, у кого выйдет лучше и компактнее, — десятки лабораторий по всему миру.

В России над компьютером будущего работают в Москве и Новосибирске. В Академгородке в упрощенном виде уже применили новую технологию для шифрования данных. Выяснилось, что если информацию посылать по оптоволокну в виде отдельных фотонов, ее невозможно перехватить.

Игорь Рябцев, заведующий лабораторией Института физики полупроводников Сибирского отделения РАН: «Скорость передачи, достижимая сейчас в квантовой криптографии, — порядка килобит в секунду, то есть всего тысяча бит в секунду. Но зато это информация абсолютно секретная».

Создание новых лекарств, суперматериалов и машин, сложнейшие задачи физики, химии и биологии отступят перед квантовым компьютером, когда он, наконец, заработает. Ученые просят еще 10–20 лет. Впрочем, технологии развиваются так быстро, что будущее может оказаться ближе, чем кажется.