Є деякі складні математичні проблеми, на вирішення яких навіть найпотужнішому суперкомп'ютеру в світі будуть потрібні тисячі років. Теоретично, квантовий комп'ютер може вирішити ці проблеми за лічені хвилини.
Це вміння вирішити проблему, яка на перший погляд здається неможливою для найбільшого суперкомп'ютера, називається квантовою перевагою.
Що таке квантовий комп'ютер?
Квантовий комп'ютер - це такий комп'ютер, який функціонує на основі законів квантової механіки. Обчислювальні пристрої, від вашого смартфона до суперкомп'ютера розміром з велику кімнату, виконують основну функцію зберігання і обробки даних.
Традиційно комп'ютери зберігають інформацію у формі бітів, які існують у двійковому стані, рівному 1 або 0. Всі маніпуляції з інформацією в основному є модифікацією цих нескінченно малих битів з одиниць і нулів.
З іншого боку, квантові комп'ютери мають ту ж основну функцію з однією критичною відмінністю; вони зберігають дані і маніпулюють ними, використовуючи квантово-механічні властивості, такі як суперпозиція і заплутування.
У квантових комп'ютерах дані зберігаються у формі квантових бітів, зазвичай званих кубітами. Кубіти відрізняються від звичайних бітів, оскільки вони можуть бути 1 і 0 одночасно в силу суперпозиції.
Крім того, кубіти можуть заплутуватися один з одним і поводитися як система; два кубіти можуть бути збережені на протилежних кінцях всесвіту і все ще будуть мати сильну кореляцію один з одним.
Що таке суперпозиція?
Уявіть кожен біт як монету. Монета може мати значення орел або решка. Кожен біт зберігатиме значення орел (1) або решка (0). На противагу цьому, кубіти можна уявити як монети, які постійно обертаються, ніколи не падаючи однією стороною.
У цьому стані обертання ви ніколи не зможете точно сказати, випаде орел чи решка. Насправді, монета залишиться в обох станах одночасно.
Отже, кубит може одночасно зберігати значення і орел (1) і решка (0). По суті, це суперпозиція.
Що таке квантова заплутаність?
Тепер уявіть, що дві з цих монет завжди показують корельований результат, або однаковий, або з точністю до навпаки. Якщо монета A показує орла, то монета B автоматично показує теж орла. Або, якщо вони протилежно корельовані, коли монета A показує орла, монета B автоматично показує решку.
Ця властивість квантових частинок «переплітатися» одна з одною і поводитися як сильна кореляційна система навіть на міжзоряних відстанях називається квантовою заплутаністю. Альберт Ейнштейн описав цю властивість як «моторошну дію на відстані».
Ці та деякі інші квантові властивості, що «лякають», використовуються для проведення одних з найскладніших обчислень на квантових комп'ютерах. Отже, що ж це за дивні обчислення, які, мабуть, неможливо зламати навіть найпотужнішим сучасним суперкомп'ютерам?
Що таке квантова перевага?
Пітер Шор, творець «алгоритму Шора» припустив, що в далекому майбутньому люди зможуть розробити комп'ютер, досить потужний для виконання його алгоритму в розумні терміни. Значимість алгоритму полягає в тому, що з його допомогою стає можливим злом криптографічних систем з відкритим ключем.
У той день, коли квантовий комп'ютер зможе виконувати складні математичні алгоритми, подібні алгоритму Шора, які практично неможливо вирішити за допомогою сучасних комп'ютерних технологій, він досягне квантової переваги.
Зараз, коли такі компанії, як Google і IBM, виділяють великі ресурси на розробку квантових обчислень, успішний механізм злому кодів може виявитися не таким вже далеким, як припускав Шор.
Фактично, квантовий комп'ютер Google, як повідомлялося, вже досяг квантової переваги минулого місяця, зламавши аналогічну, хоча і надуману, складну математичну задачу набагато швидше, ніж найшвидший класичний суперкомп'ютер. Проблема, на вирішення якої суперкомп'ютеру знадобилося б 10 000 років, була вирішена квантовим комп'ютером Google за 3 хвилини 21 секунду.
Досягнення Google дуже значуще - вперше квантовий комп'ютер успішно вирішив те, що не зміг класичний комп'ютер. Тим не менш, машина Google була створена для вирішення цієї конкретної складної проблеми.
Значимість цього факту проста: вирішення цієї проблеми не має практичного застосування. Воно просто є доказом концепції існування технологій, в найближчому майбутньому здатних вирішити такі складні завдання, як алгоритм Шора та інші.
