Что нам дадут квантовые компьютеры?

Даже если слово «квантовый» не пугает вас, квантовые компьютеры все еще остаются скорее причудливыми концепциями научной фантастики, нежели реальностью. Однако последние достижения в этой области предполагают, что эти безумно быстрые компьютеры могут появиться раньше, чем мы думаем. И у нас есть много причин волноваться по поводу их прибытия.

Рэй Джонсон, член совета директоров стартапа квантовых вычислений QxBranch, одной из многих компаний, которые работают над перемещением квантовых компьютеров из лабораторий в реальный мир, рассказал об этих причинах в интервью Business Insider.

Соблазном квантовых компьютеров является их способность решать почти неразрешимые проблемы — настолько сложные проблемы, что для их решения современным компьютерам потребовались бы десятилетия. В теории квантовый компьютер сможет решить эти вопросы, пока вы пьете утренний кофе.

«Неразрешимые» проблемы

Обычные компьютеры, которые мы используем каждый день, используют«биты» для хранения информации — 1 и 0 — и строки из этих нулей и единиц, представляющих определенную цифру или букву.

В противовес этому, квантовые компьютеры используют преимущества довольно странных физических явлений, когда крошечные частицы могут существовать в нескольких местах одновременно. Вместо того чтобы использовать биты, обладающие только двумя «установками», они используют квантовые биты, или «кубиты», у которых есть дополнительная установка: они могут быть 1 или 0, или 1 и 0 одновременно.

Таким образом, обычный компьютер с двумя битами может кодировать информацию только в четырех возможных комбинациях: 00, 01, 10, 11. Квантовый компьютер может принимать все эти четыре комбинации одновременно. Это позволяет ему обрабатывать экспоненциально больше информации, чем могут обычные компьютеры.

Другой способ задуматься о разнице между обычными и квантовыми компьютерами — это подумать о версии знаменитой задачи о коммивояжере в математике. В этой задаче вы — коммивояжер, планирующий поездку, и вы хотите выяснить, какой маршрут через 10 разных городов будет самым дешевым (экономичным) и самым быстрым.

Обычному компьютеру придется рассчитывать длину всех этих маршрутов отдельно, а затем сравнивать результаты, определяя победителя. Квантовый компьютер может вычислить длины всех маршрутов одновременно, поскольку кубиты могут обрабатывать много информации одновременно — и следовательно быстрее найдут решение.

Квантовые различия

Есть несколько препятствий на пути к распространению квантовых компьютеров по всему миру.

В настоящее время эти компьютеры должны храниться в переохлажденных условиях и даже легкое беспокойство приведет к коллапсу их деликатного состояния. Тем не менее, благодаря серьезному прорыву Google в марте, инженеры выяснили, как сделать квантовые компьютеры более стабильными — некоторые даже заговорили, что мы находимся на полпути к полностью функциональным квантовым компьютерам. Google, NASA и IBM усиленно работают над воплощением этой затеи.

И когда мы наконец достигнем этой точки, квантовые компьютеры смогут осуществить революцию практически в любой отрасли.

Джонсон, бывший CTO Lockheed Martin, объяснил, что компьютеры, которые у нас сейчас есть, хорошо делают то, что люди делают плохо. К примеру, люди не могут запомнить 10 миллионов чисел, расставить их в таблице, а затем быстро произвести расчеты с этими числами. Зато это делают компьютеры.

Квантовый компьютер не сможет сделать это быстрее любого обычного компьютера. Нет более хорошего или быстрого способа производить вычисления с набором чисел. Однако квантовые компьютеры могут сократить разрыв между тем, что компьютеры делают хорошо и что люди делают хорошо.

Люди хорошо пробираются через сложные установки и выбирают нужные вещи из этих массивов. Наши мозги делают это вполне естественно и с куда меньшими затратами, чем может компьютер. Квантовые компьютеры, однако, будут работать больше как человеческий мозг.

Дело в том, что, как и люди, квантовые компьютеры могут обучаться с получением опыта. К примеру, если квантовый компьютер работает под управлением программы, которая плохо справляется с определенной задачей, он может самостоятельно внести изменения в код этой программы и избавить ее от совершения ошибок в дальнейшем.

Эта концепция называется машинное обучение. Оно похоже на то, как ваш почтовый сервис обучается, какие письма отправлять в спам, а какие нет, только более хитроумное. Машинное обучение квантовых компьютеров позволит нам делать многие вещи быстрее и с большей эффективностью.

Например, квантовые компьютеры могут существенно улучшить аэрокосмические, военные и оборонные системы. Со всеми спутниками, которые у нас имеются, мы постоянно собираем тонны изображений и видео. Большую часть этих данных никто не просматривает, поскольку в ней сложно разобраться. В том числе и потому, что современные компьютеры не очень хорошо распознают и выделяют нужные данные из собранного ряда.

Квантовые компьютеры могут сортировать гигантские объемы данных быстрее и точнее людей, которым нужно просматривать снимки и видео, чтобы понять их смысл.

Та же способность квантовых компьютеров может привести нас к безопасному транспорту. Квантовые компьютеры могут лечь в основу полуавтоматических автомобилей (не таких интересных, как самоуправляемые авто Google, но все же), которые смогут предупреждать нас о возможном столкновении и самостоятельно принимать некоторые решения во время езды.

Мы пока не знаем даже и одного процента возможностей квантовых компьютеров и сопряженных с ними изменений. Джонсон считает, что мы увидим больше прорывов в следующие годы и очень важные изменения уже через пять лет.

Квантовый компьютер в каждом доме — этот план довольно долгосрочный. Но ключевой момент — это создание простого интерфейса, которым каждый сможет воспользоваться. Над этим и работает QxBranch. Впрочем, промышленные и коммерческие применения квантовых компьютеров не кажутся такими уж долгосрочными.