Китай совершил прыжок в квантовое будущее

Создание квантовых компьютеров стало еще на шаг ближе. Китайские ученые создали сразу несколько машин, которые по всем параметрам превосходят привычные компьютеры. Это означает, что скоро человечество научится решать задачи, казавшиеся еще недавно невозможными.

Компьютер Шрёдингера

Китайские ученые нашли способ создать так называемую решетку Майораны — это строительные блоки для построения квантового компьютера. Результаты исследования были опубликованы в академическом журнале Nature, проводили исследования совместно ученые из Института физики Китайской академии наук и Бостонского колледжа.

Китайские ученые давно бились над решением самой важной проблемы, которая стоит перед разработчиками квантовых компьютеров, — это помехи. Окружающая среда влияет на такой компьютер. И нужно было создать структуру, которая бы обеспечивала независимые вычисления. Вот — создали!

Зачем, спросите, все это нужно?

Да затем, что квантовые компьютеры — это будущее. Они способны выполнять расчеты, которые не по плечу обычному компьютеру. Традиционные компьютеры обрабатывают данные в виде двоичных битов — когда информация зашифровывается в виде нулей и единиц.

Квантовые компьютеры, с другой стороны, имеют явное преимущество в том, что их биты могут быть как единицей, так и нулем одновременно. Такое физическое явление называется квантовой суперпозицией. Это фундаментальный принцип квантовой механики, утверждающий, что, подобно волнам в классической физике, любые два или более квантовых состояния могут быть сложены вместе. Вроде кота Шрёдингера, который одновременно и жив, и мертв.

Такая физическая сущность увеличивает потенциальную вычислительную мощность в геометрической прогрессии, поскольку два квантовых бита (кубита) могут находиться в четырех возможных состояниях, три кубита могут находиться в восьми состояниях и так далее. Соответственно, скорость расчетов растет.

Миллиарды лет пробежали за секунды

Только недавно китайские ученые достигли так называемого «квантового превосходства» — это точка, когда квантовый компьютер выполняет задачу, которая была бы практически невозможна для классического компьютера.

Устройство под названием Jiuzhang за 200 секунд произвело вычисления, на выполнение которых обычному суперкомпьютеру потребовалось бы 2,5 миллиарда лет.

Вычислять квантовым компьютерам предлагают так называемую «выборку бозонов». Это сверхсложная оптическая система. По сути, пучки света посылаются в такую систему через множество входов, а оказавшись внутри, они расщепляются отражаются зеркалами. Компьютер должен учитывать все эти переменные и вычислять возможный результат этого светового лабиринта. Как видим, невероятно сложная задача для обычного компьютера, но очень легкая — для квантового.

У китайского Jiuzhang условия задачки включали 50 фотонов, 100 входов, 100 выходов, 300 разделителей луча и 75 зеркал. Да, на решение такой задачки Sunway TaihuLight — в настоящее время четвертому по мощности суперкомпьютеру на Земле — понадобилось бы лишь вдвое меньше времени, чем существует Земля.

Американцы плетутся в хвосте у китайских инженеров

В чем же секрет? Дело в том, что квантовые компьютеры могут вести бесчисленное количество расчетов одновременно, в то время как классическому компьютеру пришлось бы перебирать каждый вариант один за другим.

В прошлом году Google оказался первым, кто заявил, что он достиг «квантового превосходства». Американская компания заявила, что ее 53-кубитный процессор Sycamore выполнил определенное вычисление в течение 200 секунд. Это задача, на которую, по оценкам Google, самому мощному суперкомпьютеру в мире потребовалось бы 10 тысяч лет.

Впрочем, достижение китайского квантового компьютера Jiuzhang выглядит куда более внушительным. То есть китайские устройства уже на несколько порядков превосходят американские.

Китайское достижение, безусловно, огромное, но это не означает, что традиционные компьютеры в ближайшее время умрут. Квантовые вычисления сами по себе не являются особенно полезной работой — в основном это тесты, демонстрирующие лишь потенциальную мощь квантовых компьютеров.

Мобильник, который невозможно взломать

Уже сейчас китайские компании патентуют мобильные устройства на основе квантовых вычислений. Так, компания QuantumCTeck выпустила в продаже мобильник Tianyi № 1. В него встроен квантовые модуль шифрования. Рассчитан смартфон на специальную SIM-карту, которая может шифровать и расшифровывать голосовые вызовы с помощью квантовых ключей. Считается, что такой шифр взломать абсолютно невозможно.

«Когда пользователь инициирует чат с квантовой защитой, секретный ключ будет сгенерирован случайным образом, чтобы подтвердить личность звонящего. После проверки квантовая сеть сгенерирует новый ключ в реальном времени для шифрования голосовых данных», — объясняет сущность метода инженер компании QuantumCTeck Чжан Рутонг.

Причем любая попытка перехвата ключа будет немедленно известна как отправителю, так и предполагаемому получателю.

Криптография — лишь одно из направлений, в котором уже начали использовать квантовые вычисления. Не за горами их применение в прикладных расчетах.

Впрочем, все еще есть некоторые проблемы со стабильностью квантовых машин. И именно китайцы, как видим, наиболее успешно решают эти проблемы. Так что всего через несколько лет квантовые компьютеры станут абсолютно привычными. И человечество научится «думать» в миллиарды раз быстрее, чем сейчас.