Что такое квантовый компьютер, какие задачи он выполняет, где используется.

Многие слышали о квантовой физике и хотя бы в какой-то мере знакомы с ее основами. По аналогичным принципам строится и квантовое программирование, которое сейчас стремительно набирает обороты и развивается. В статье обсудим, что это такое, как работают квантовые ПК, какие задачи они могут выполнять и чем будут полезны компаниям в различных отраслях деятельности.

Это вычислительное устройство, которое работает, основываясь на базовых теориях квантовой механики. В частности, принципах суперпозиции и спутанности.

Чтобы понять принцип работы квантовых ПК, вспомним, как функционируют обычные современные компьютеры. А именно — на базе двоичных систем, единицами информации в которых являются биты. Последние могут принимать одно из двух значений — 0 и 1. Такие переходы называются логическими операциями, благодаря которым и происходят все компьютерные процессы.

По сути биты — это миниатюрные транзисторы, которые могут очень быстро включаться и мгновенно выключаться. Это качество помогает обычным компьютерам оперативно производить сложные вычисления и выдавать пользователям итоговые результаты их запросов.

В квантовых устройствах нет таких битов — вместо них имеются кубиты. Элементы не имеют ничего общего с транзисторами — это уже фотоны или протоны (в некоторых случаях другие квантовые частицы). Кубиты могут приобретать любые значения в пределах 0 и 1, что позволяет совершать гораздо больше операций за определенный период времени, чем осиливают стандартные компьютеры.

Мы уже упоминали, что такие устройства функционируют на базе двух принципов. Начнем с первого — с суперпозиции. Это способность квантовых элементов пребывать в нескольких состояниях одновременно до тех пор, пока не появится наблюдатель. Аналогичное происходит и с кубитом — он может сколько угодно находиться между единицей и нулем.

Перейдем ко второму принципу — спутанности. Он подразумевает, что все квантовые частицы всегда связаны между собой, где бы они ни находились. Если одна меняет свое состояние, другие следуют за ней. Такая спутанность кубитов позволяет машинам совершать сложные вычисления. И это не магия, а реальные законы, которые лежат в основе работы современной квантовой техники.

Идея квантового программирования принадлежит известному ученому Р. Фейману, который впервые заговорил о таком явлении в далеком 1981 году. Но замысел показался другим ученым непростым, поэтому его не спешили реализовывать. Сложность была в том, что тогда явления пришлось бы описывать на микроуровне, а не на привычном — физическом.

Все же прийти к квантовому программированию ученых заставил предел вычислительных мощностей обычных компьютеров. С момента появления первых ПК возможности устройств нарастали стремительными темпами, а сейчас они достигли пика. То есть мощности продолжают увеличиваться благодаря передовым технологиям, но очень медленно. Между тем, потребности в вычислениях и выполнении сложных специфических задач растут.

В каких отраслях будет особенно полезно квантовое программирование:

• Аэрокосмической. Квантовый компьютер поможет рассчитывать траектории полетов и показатели нагрузок на технику.
• Криптографической. С помощью новых технологий можно использовать больше способов кодирования и шифрования данных, таким образом повышая уровень информационной безопасности.
• Финансовой. Квантовые компьютеры позволят рассчитывать риски при инвестировании, предсказывать волатильность.
• Сфере экологии. Здесь усовершенствованные устройства помогут открывать передовые материалы и просчитывать способы снижения уровня вредных выбросов в окружающую среду.
• Химической. В данной отрасли пригодится умение квантовых ПК качественно моделировать различные молекулярные реакции. Оно будет полезно при разработке новых видов продукции — от аккумуляторных батарей до лекарств.
• Нефтедобывающей. Здесь компьютеры нового поколения помогут обнаруживать месторождения и просчитывать способы эффективной добычи.
• Фармакологической. В этой сфере квантовое программирование помогает моделировать взаимодействия различных веществ и прогнозировать результаты таких симбиозов.
• Сфере искусственного интеллекта. С развитием квантового программирования алгоритмы смогут анализировать и генерировать еще больше вариантов различных сценариев.
• Сфере логистики. Можно будет наперед просчитывать оптимальные маршруты и значительно сокращать нецелевые затраты.

Такие компьютеры незаменимы для решения задач, которые подразумевают огромное количество вариантов. Они помогут оперативно перебрать и проанализировать все сценарии, выбрать оптимальный. Примеры процессов, где ПК будут незаменимы:

• Поиск по объемным базам данных.
• Подбор материалов и веществ.
• Расчет оптимальных маршрутов.
• Расчет потенциальных рисков в той или иной сфере.

Однако следует учитывать, что квантовые ПК работают по принципу вероятности. То есть вы не получите стопроцентно точного ответа на свои запросы, зато в распоряжении будут оптимальные сценарии, которые можно самостоятельно проверить на правильность.

Можно сказать, что квантовые ПК — революция в компьютерном мире. У них огромный потенциал, особенно с учетом того, что это направление только развивается. Все, кто имеет отношение к квантовому программированию, утверждают, что довольно скоро технологии кардинально изменят как минимум одну индустрию. А пока в арсенале нет совершенных продуктов — только системы, выполняющие узкоспециализированные задачи. Но они уже справляются с ними на высоком уровне.

Хотите больше узнать о новых технологиях и внедрить их в свою деятельность? Эксперты «Росатом» подробно расскажут о продуктах, которые есть в портфеле компании и помогут подобрать решение под необходимое направление.