Первая компания вне США берется разрабатывать квантовый компьютер

Крупнейший китайский интернет-холдинг Alibaba Group совместно с Китайской академией наук начали разработку квантового компьютера. Мощность машины в триллион раз превышает современные суперкомпьютеры.

Alibaba Group стала первой китайской компанией, которая начала разработку квантового компьютера вслед за американскими компаниями Google, Microsoft и IBM. При этом технический директор Alibaba Group Ван Цзянь заявил, что сейчас участие компании в проекте обусловлено "исключительно научными интересами".

"Мы еще не до конца понимаем, как можно будет использовать эту технологию в коммерческих целях"

— Ван Цзянь директор Alibaba Group

А вот академик Пань Цзяньвей считает, что поддержка частного капитала крайне важна в процессе создания квантового компьютера. "Несмотря на имеющиеся исследования в этой сфере, лучшие китайские умы переманивает руководство Google и Microsoft. Это затрудняет процесс развития технологии в Китае", — заявил ученый.

По его прогнозам, квантовый компьютер китайские ученые создадут в ближайшие 10-15 лет. Главное отличие квантового компьютера от обычного состоит в том, что он будет способен в одно мгновение проводить примерно миллион вычислений, в то время как классический — только одно, поясняет Корреспондент.

Обычный компьютер, как известно, кодирует информацию с помощью комбинации нулей и единиц, так называемого двоичного кода. Единицу информации здесь называют битом. У квантового компьютера на вооружении "кубиты", которые могут принимать значения нуля и единицы одновременно, за счет состояния суперпозиции. Это обстоятельство должно давать огромное преимущество последнему.

Квантовый компьютер — физический вычислительное устройство, функционирование которого основывается на принципах квантовой механики, в частности, принципе суперпозиции и явлении квантовой запутанности. Такое устройство отличается от обычного транзисторного компьютера в частности тем, что классический компьютер оперирует данными, закодированными в двоичных разрядах (битах), каждый из которых всегда находятся в одном из двух состояний (0 или 1), когда квантовый компьютер использует квантовые биты (кубиты), которые могут находиться в суперпозиции состояний. Информатико-теоретической моделью такого вычислительного устройства является квантовая машина Тьюринга, или универсальный квантовый компьютер, которая была разработана Дэвидом Дойчем в 1985 году. Квантовый компьютер имеет ряд общих признаков с недетерминированным и вероятностным компьютерами, но тем не менее эти устройства не являются тождественными. Считается, что впервые идею использования принципов квантовой механики для выполнения вычислений выразили Юрий Манин в книге «Вычислительное и невычислительных» в 1980 году и Ричард Фейнман в лекции на Первой конференции по физике вычислений в МТИ в 1981 году, хотя предложения использования полуцелый спинов как простых вычислительных элементов звучали и раньше.

Теоретически квантовый компьютер способен решать определенные задачи намного быстрее, чем обычные компьютеры, например, задачу факторизации целых чисел или эффективного моделирования квантовой системы многих тел. Существует ряд квантовых алгоритмов, например, алгоритм Шора, алгоритм Саймона и другие, выполнение которых занимает гораздо меньше времени, чем выполнение любого вероятностного классических алгоритма. Однако, при наличии большого объема вычислительных ресурсов классический компьютер способен моделировать любой квантовый алгоритм, если он не нарушает тезис Черча — Тьюринга.

Предпосылки для создания

Имеющаяся элементная база, построенная на «кремниевых» технологиях, позволит держаться на таком уровне роста совсем недолго. Основным из установленных природой ограничений является тепло, которое выделяет любой электроприбор. Каким бы незначительным не было тепло, при уменьшении размеров «прибора» оно все равно будет препятствовать, особенно, когда эти размеры измеряются микрон или долями микрон. Идея использования в компьютерах эффекта сверхпроводимости возникла давно, но до 80-х годов оставалась более чем привлекательной, экстравагантной идеей. Исследования показали, что отсутствие тепловыделения — не основная преимущество сверхпроводниковой компьютерной техники; хотя именно она и позволяет в тысячу раз увеличить быстродействие и плотность заполнения. Используя квантовые эффекты, возникающие при сверхпроводимости, компьютер может оперировать килькабитовимы «образцами». Электрон, пробегает сетью такого компьютера будет одновременно выполнять роль и «ключа», и носителя информации. Структура квантового компьютера, его логика станут совсем другими, а сам компьютер будет иметь больше возможностей. Лихарев считает, что потенциальным рынком для таких компьютеров будут не «персоналки» или текстовые процессоры, а сетевые компьютерные устройства типа рабочей станции.

Сложность квантовых вычислений

Класс сложности задач, которые можно эффективно решить на квантовом компьютере, сказывается BQP. Этот класс содержит все задачи, можно решить на квантовом компьютере за полиномиальное время при определенной разрешенной ограниченной вероятности ошибки (англ. Bounded-error, quantum, polynomial). Поскольку квантовые компьютеры работают только при вероятностными методами, то класс BQP является квантовым аналогом класса BPP — все задачи, которые можно решить на классическом компьютере за полиномиальное время при определенной разрешенной обеженои вероятности ошибки (англ. Bounded-error, probabilistic , polynomial). Говорят, что квантовый компьютер может «решить» задачу, если в результате с высокой вероятностью получается правильный ответ. Если при этом квантовый компьютер решает задачу за полиномиальное время, то такая задача принадлежит классу BQP.

Класс BQP принадлежит классу сложности P # (или, точнее, присоединенном классу проблем выбора P # P), который в свою очередь является подклассом PSPACE. Кроме того, ожидается, что BQP не пересекается с классом NP-полных задач и полностью содержит класс P, однако это не доказано. В частности, задачи факторизации и дискретного логарифмирования входят в класс BQP, и при этом ожидается, что они входят в класс NP, но не принадлежат классу BPP и, следовательно, классовые P. Также ожидается, что обе задачи не является NP-полными. Существует распространенное мнение, что квантовые компьютеры могут решать NP-полные задачи за полиномиальное время, но это утверждение не доказано и, вообще говоря, считается ошибочным.

Хотя описан квантовый компьютер может работать быстрее классического, он также не способен решать задачи, которые нельзя решить на классическом компьютере при наличии достаточного количества памяти и времени (хотя этот объем ресурсов может быть недостижимым на практике). Машина Тьюринга может имитировать квантовый компьютер, поэтому описанный квантовый компьютер никогда не сможет решить такую задачу, как, например, проблему остановки. Существование «стандартных» квантовых компьютеров не опровергает тезисы Черча — Тьюринга. Предполагалось, что теории квантовой гравитации, такие, как М-теория и петлевая квантовая гравитация, позволяют построить даже более быстрый компьютеры. Но в настоящее время определение вычисления в квантовой гравитации является открытой проблемой в связи с проблемой времени: не существует очевидного способа описать, что для наблюдателя означает ввести входные данные в компьютер, а затем получить результат.