Microsoft объявила о запуске облачной платформы для квантовых вычислений

Квантовые вычисления и квантовые коммуникации

Квантовый компьютер использует привычную вычислительным машинам двоичную систему счисления, «внутри» у него только нули и единицы. Однако термин «кубит» (q-bit, «бит» квантового компьютера) принципиально отличен от бита: про состояние кубита в каждый момент времени нельзя сказать, что он хранит, ноль или единицу. Чтобы выяснить это, надо «снять» данные — открыть коробку с котом Шредингера и понять, жив кубит («1») или мертв («0»).

Аналогию «кубит как кот Шредингера» можно (и нужно) заменить несколько более сложной, хотя тоже примитивной, аналогией «кубит как электронное облако» – т.е. сфера, в каждой точке которой может находиться размазанный по орбите электрон. Эту сферу мысленно разрезаем пополам, чтобы «выловить» электрон в одной из двух получившихся полусфер. Практический смысл для конструктора квантового компьютера состоит в следующем: если электрон в одной полусфере, значит, кубит на момент снятия информации находится в состоянии «1», если в другой — «0». До этого кубит находится в так называемой суперпозиции: оба его возможных состояния смешаны (однако сумма вероятностей состояний всегда равна 1). Едва измерение состояние кубита произошло — всё кончено, как в детской игре «Замри!» Информация о предыдущей «жизни» кубита разрушается, как коробка, в которой сидел кот Шредингера.

Квантовые вычисления обеспечиваются возможностью зафиксировать взаимосвязь регистра (совокупности) кубитов, находящихся в суперпозиции. Кубиты можно ввести в так называемое запутанное (общее, единое) состояние, когда измерение одного кубита фиксирует не только его состояние (это состояние не определяется, напомним, выбором между «0» и «1», запутанность регистра кубитов хранит несопоставимо более богатый набор возможностей), но и состояние всех кубитов в регистре. Если N кубитов в регистре запутаны, тогда одной операцией квантовый компьютер может сразу, одновременно, обработать 2 в степени N бит данных.

Это даёт, во-первых, грандиозный рост размерности обрабатываемых данных: при N=50 регистр запутанных кубитов эквивалентен по объёму хранимых данных 10 в 18-й степени бит. Во-вторых, становятся доступны некоторые задачи, недостижимые для классических компьютеров и имеющие важнейшее прикладное значение (например, преодоление криптозщиты).

Функция квантовых коммуникаций (технологически они самостоятельны по отношению к квантовым вычислениям, это совсем другая технология) состоит в обеспечении абсолютно защищённых линий связи. В отличие от квантовых вычислений, технологии квантовых коммуникаций уже готовы к практическому применению.

СЛЕДУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗДЕЛА "IT"