Чем квантовые компьютеры лучше обычных, для чего они нужны, когда появятся у нас дома? И вообще существуют ли они?

Идею квантовых вычислений предложил американский физик Ричард Фейнман в 1981 году. Он заявил, что обычные компьютеры могут смоделировать любые физические процессы, кроме наиболее сложных — квантовых, а для решения последней задачи необходимы квантовые компьютеры. Спустя три десятилетия идеи Фейнмана начали воплощаться в реальность.

Задачи, которые учёные считают квантовыми, довольно часто встречаются в повседневной жизни. К примеру, когда вы собираетесь в путешествие и пытаетесь понять, как уложить в чемодан покупки на выделенную сумму и при этом не выйти за лимит по весу, вы можете даже не понимать, что на решение этой задачи с математической точки зрения вам не хватит всей жизни. Подобных задач очень много и они разнообразны: выбор оптимального капиталовложения, схема расположения товаров на складе и так далее.



Из физики элементарных частиц известно, что квантовый объект может одновременно находиться в нескольких местах. Именно на этом основана высочайшая скорость вычислений: каждый такой объект может выполнять не одну задачу, а миллиарды. Обычные компьютеры при вычислениях последовательно оперируют всего двумя состояниями — нулём и единицей. Квантовый бит (кубит) может поворачиваться в любых направлениях в зависимости от того, какая доля нуля и единицы есть в его состоянии. Самый продвинутый квантовый компьютер содержит из девять кубитов (на фото ниже).

Кубит может одновременно существовать в нескольких состояниях, поэтому квантовый компьютер очень быстро справляется с задачами, которые требуют перебора огромного множества вариантов. К примеру, на взлом PIN-кода к банковской карте у обычного компьютера уйдёт 10 миллиардов лет, а квантовый компьютер справится с этим примерно за три года. Дело в том, что PIN хоть и содержит всего 4 цифры, очень сложно подобрать методом обычного брутфорса — банк заблокирует карту после нескольких неудачных попыток ввода. К каждой карте помимо PIN привязано большое число, которое делится на PIN без остатка. Если злоумышленник узнает это число и захочет вычислить PIN с помощью компьютера, у него уйдёт на это невообразимо много времени.



Прототипы квантовых компьютеров есть у IBM и Google, а в ноябре 2016 года компания Microsoft создала целое подразделение, которое будет заниматься созданием таких устройств. Первые квантовые компьютеры, предназначенные для решения повседневных задач, появятся примерно через десять лет. Каждый компьютер занимает целую комнату, охлаждающуюся до температуры, близкой к абсолютному нулю — минус 273,15 градуса по Цельсию.

Очевидно, что в домашних условиях такие машины не смогут работать. Тем не менее, мы всё равно сможем «пожинать плоды» их деятельности. Уже сейчас пред человечеством стоит множество задач, которые с лёгкостью решали бы такие компьютеры. С появлением квантовым вычислений обычные компьютеры никуда не исчезнут, поскольку они предназначены совершенно для других, уже привычных нам нужд. Однако квантовые компьютеры произведут настоящую революцию: они сделают возможным появление полноценных систем искусственного интеллекта, мощнейших нейронных сетей, по-настоящему умных виртуальных помощников, разговаривающих на любых языках, и надёжных самоуправляемых автомобилей. Они облегчат нашу жизнь абсолютно во всех сферах: в промышленности, медицине, социальных отношениях и так далее.