Что такое квантовый компьютер?

Квантовый компьютер - это любое устройство, которое использует квантово-механические явления для запуска алгоритмов. Поскольку квантовые компьютеры имеют принципиально иные вычислительные свойства, чем обычные компьютеры, данные, хранящиеся в квантовых компьютерах, называются кубитами, а не битами. В обычных компьютерах данные представлены микроскопическими канавками на жестком диске. В квантовом компьютере данные представлены квантовыми свойствами данной молекулы или набора молекул.

Вместо выполнения вычислений путем извлечения данных с жесткого диска и их обработки с использованием интегральной схемы, заполненной логическими элементами, квантовые компьютеры обрабатывают данные, бомбардируя содержащую информацию молекулу короткими импульсами излучения. Каждый цикл бомбардировки представляет собой алгоритмическую операцию с данными, содержащимися в молекуле. Когда алгоритм завершается, измеряется квантовое состояние молекулы, процесс, который сам смещает конечный результат. Это связано с принципиально неопределенным характером квантовой механики.

Чтобы обойти эту трудность, алгоритмы квантовых вычислений запускаются несколько раз, и средневзвешенное значение результата асимптотически приближается к правильному ответу. Поскольку квантово-механические явления по своей природе скорее вероятностные, чем детерминированные, четко определенный ответ с первой попытки невозможен.

Квантовые компьютеры обладают определенными возможностями, которых нет у классических компьютеров. Квантовые вычисления обеспечивают быструю факторизацию больших чисел (явная угроза обычным криптографическим методам), более точное моделирование квантовых явлений и очень эффективный поиск в базе данных.

Для любого пространства поиска узлов размера n , где каждый узел представляет возможное решение проблемы, существует только одно возможное решение, и каждый узел должен проверяться индивидуально на свойства, которые соответствуют правильному решению, квантовые вычисления предлагают фантастическое ускорение. В обычных компьютерах среднее время поиска - это время, необходимое для проверки каждого узла умноженным на количество узлов ( n ), деленное на два (вероятно, решение будет найдено примерно в середине поиска). В квантовых компьютерах среднее время поиска - это время, необходимое для проверки каждого узла, умноженного на квадратный корень из n . Это дает огромное преимущество, которое становится еще более впечатляющим, когда мы рассматриваем более серьезные проблемы.

Пока еще невозможно представить себе все приложения зрелых квантовых компьютеров. Наибольшее число кубитов, когда-либо содержавшихся в одной квантовой вычислительной системе, составляет 7. Поскольку исследования в области квантовых вычислений быстро продолжаются при финансировании на многие миллионы долларов, это будет лишь вопросом времени, пока не произойдет критический прорыв и не будут изобретены впечатляющие приложения.