Уявіть собі комп’ютер, який здатний вирішити за кілька хвилин завдання, на яке найпотужніший суперкомп’ютер піде тисячі років. Звучить як фантастика? Адже саме так працює квантовий комп’ютер – машина, яка використовує закони квантової фізики для обробки інформації в інший спосіб, ніж звичні нам пристрої.
Звичайні комп’ютери, навіть найсучасніші, оперують бітами – одиницями та нулями. Квантовий комп’ютер простими словами – це машина, яка використовує замість біт так звані кубити. І ось тут починається найцікавіше: кубіт може бути одночасно і в стані 0, і в стані 1 завдяки явищу, яке фізики називають суперпозицією. Це ніби монета могла бути одночасно і орлом, і рішкою, поки ви на неї не подивитесь.
Саме ця здатність «бути в кількох станах одразу» дає квантовим комп’ютерам неймовірну обчислювальну міць. Там, де звичайний комп’ютер перебирає варіанти по черзі, квантовий процесор аналізує їх усі одночасно. Два кубіти дають чотири комбінації одночасно, три – вісім, а сто кубітів здатні обробляти більше варіантів, ніж атомів у Всесвіті, що спостерігається.
Який вигляд має квантовий комп’ютер і чи існує він насправді?
Багато хто запитує: чи існує квантовий комп’ютер у реальності, чи це все ще теорія? Відповідь однозначна – так, існує. У світі вже працює кілька десятків таких машин, щоправда, доступ до них мають здебільшого вчені та великі корпорації.
Як виглядає квантовий комп’ютер? Забудьте про звичний системний блок або ноутбук. Це величезна конструкція розміром із кімнату, більше схожа на декорації з фантастичного фільму. У центрі знаходиться золотистий циліндр – кріостат, що охолоджує квантовий процесор майже до абсолютного нуля (мінус 273 градуси за Цельсієм). Така екстремальна температура потрібна, щоб кубити зберігали свої квантові властивості та не «ламалися» від найменших перешкод.
Навколо основного блоку – безліч дротів, насосів, систем охолодження та екранування. Все це нагадує складну лабораторну установку, і недарма: квантові комп’ютери поки що вкрай примхливі машини. Навіть невелика вібрація, зміна температури або випадкове електромагнітне випромінювання можуть порушити їхню роботу.
Квантові комп’ютери: коли з’являться для пересічних людей?
Нині у світі функціонують квантові машини від компаній IBM, Google, D-Wave, IonQ та інших. Google у 2019 році заявив про досягнення «квантової переваги» – їх 53-кубітний процесор Sycamore виконав за 200 секунд обчислення, на яке суперкомп’ютеру знадобилося б 10 000 років. IBM створила квантові системи потужністю понад 400 куб. Китай запустив квантовий супутник і збудував квантову мережу зв’язку.
Але коли квантові комп’ютери з’являться у звичайному житті? Тут потрібно стримати очікування. У звичному вигляді – як заміна вашого ноутбука або смартфона – вони не з’являться ніколи. Це просто не їхнє призначення. Квантові машини необхідні вирішення специфічних надскладних завдань: моделювання молекул до створення нових ліків, оптимізації логістики гігантських компаній, злому шифрів, прогнозування клімату, розробки нових матеріалів.
Експерти вважають, що практично корисні квантові комп’ютери з’являться масово в найближчі 10-15 років. Але працювати з ними ми через хмарні сервіси – відправляючи завдання на обробку в дата-центр, де стоїть така машина. Вже зараз IBM та інші компанії пропонують хмарний доступ до своїх квантових систем для дослідників.
Головні перешкоди на шляху – це висока чутливість кубітів до помилок та необхідність екстремального охолодження. Вчені працюють над створенням більш стабільних кубітів та систем корекції помилок. Коли ці проблеми будуть вирішені, світ дійсно зміниться: з’являться системи зв’язку, що незламуються, ліки будуть розроблятися в рази швидше, штучний інтелект вийде на новий рівень.
Квантові комп’ютери не замінять звичайні – вони доповнять їх, взявши на себе завдання, які сьогодні нам просто не під силу. І це майбутнє вже не за горами.
