Немного из истории компьютеров

Первый компьютер сконструировал в 1642 году французский математик, механик, физик Блез Паскаль. По сути, это был простой калькулятор, который помогал складывать и вычитать. Устройство представляло собой ящик с многочисленными шестеренями, где с помощью колесиков можно было вводить числа от 0 до 9. В верхней части корпуса отражался результат.

Позже, в ХХ веке, появились компьютеры, работающие на электрических зарядах, которые состояли из 0 и 1 битов. С помощью таких машин производили более сложные вычисления. Например, можно было рассчитать траекторию полета ракеты в космос.

Со временем компьютеры приобрели вид современных, которые сегодня есть практически у каждой семьи. Но развитие вычислительной техники на этом не остановилось. В 1998 году появился первый квантовый компьютер, разработанный Габриэлем Аплембаумом и его коллегами в Лос-Аламосской национальной лаборатории. Эта машина работала уже на законах квантовой механики, а не классической физики.

От обычного компьютера — к квантовому

Квантовая механика сложна для понимания, так как рушит классическое представление об окружающем мире.

К примеру, в обычном компьютере бит равен 0 или 1. В квантовом — вступают в силу закон Шредингера, принцип суперпозиции и квантовая запутанность. Поэтому бит будет одновременно равен и 0, и 1, а на его связь с другими не влияет ни расстояние, ни время. Такой бит называют кубитом.

Представьте, что вы подбросили монету, и она начала вращаться. Из-за этого непонятно, что она сейчас показывает — орла или решку. Но стоит накрыть ее ладонью, все становится ясно. Точно так же ведет себя и кубит — до тех пор, пока на него не воздействуют измерительным прибором, он будет пребывать в суперпозиции — т. е. сразу во всех состояниях между 0 и 1.

Чтобы происходили вычисления, кубиты должны быть связаны между собой. В обычном компьютере этому помогают токопроводящие дорожки, а в квантовой машине — квантовая спутанность.

Чем квантовый компьютер лучше обычного

Из-за того, что кубит находится сразу в нескольких состояниях, квантовые компьютеры могут параллельно перебрать сразу все варианты решения, в отличие от обычных, которые делают это последовательно и медленно. А еще, в отличие от бита, в кубит можно записать несколько чисел. Это дает возможность увеличить объем памяти квантовой модели во сколько угодно раз.

Для чего используют квантовые компьютеры

Квантовые компьютеры выдают не точные результаты, а вероятностные, поэтому для того, чтобы их интерпретировать, нужны особые, квантовые алгоритмы. Они уже есть, но заточены на решение задач в узких отраслях.

Поэтому на компьютерах нового поколения пока что делают только сложные математические вычисления, а также выполняют операции в сфере криптографии. Но в ближайшем будущем на квантовых машинах смогут создавать новые химические соединения, решать задачи машинного обучения, предсказывать погоду и разрабатывать бизнес решения.