Запрограммируем Вселенную


Первая революция в сфере информационных технологий произошла в 1971 году, когда был создан микропроцессор Intel-4004 на полупроводниковом кристалле. За сорок лет мы в полной мере смогли оценить достоинства и недостатки этого прорыва. В наш быт вошли мобильные телефоны, персональные компьютеры, цифровые видеокамеры, автоматические приборы и электронные сети. Не все еще успели привыкнуть к ним, а нас уже поджидает новая революция, и символом ее станет квантовый компьютер.

Счет в кубитах
Идея квантового компьютера появилась примерно в то же самое время, когда ученые начали разбираться в удивительных законах, по которым «живет» квантовый мир. Ее выдвинул в 1980 году великий отечественный математик Юрий Манин. Через несколько месяцев американский физик Ричард Фейнман описал теоретическую модель, а его коллега Пол Бениофф придумал принципы построения такого компьютера.

В чем же состоит различие между обычным компьютером и квантовым? Информационная ячейка обычного компьютера может в один момент времени находиться только в одном из двух состояний «0» или «1», которое и называется «битом». А вот ячейка квантового может находиться одновременно во всех состояниях от «0» до «1», бесконечная совокупность которых называется «кубитом» (q-битом, квантовым битом). Если квантовый компьютер удастся построить и снабдить соответствующей программой, то теоретически в нем можно запустить параллельные вычисления, получая результат мгновенно. Причем сложность вычислений никак не должна влиять на быстродействие компьютера. К примеру, установлено, что 30-кубитный квантовый компьютер по мощности будет равен суперкомпьютеру, работающему с производительностью 10 терафлопс (10 триллионов операций в секунду). Для сравнения — мощность современных настольных компьютеров измеряется всего лишь в гигафлопсах (миллиарды операций в секунду). И прототип такого компьютера уже существует.

«Сердце» прототипа квантового компьютера — маленькое плоское алюминиевое кольцо. При комнатных температурах оно остается обычным кольцом. Однако если перевести его в сверхпроводящее состояние, оно превратится в квантовый объект, ток в котором может течь как по часовой, так и против часовой стрелки, что и позволяет кубиту принимать значения от «0» до «1» в один и тот же момент времени. Для этого кольцо охлаждают жидким гелием до температуры, близкой к абсолютному нулю. Затем его помещают в сверхточно настроенное слабое магнитное поле… Сложность в том, что пока кубиты «живут» лишь микросекунды. Но и за это время они успевают просчитать сотни операций.

Первые проблемы
В конце мая 2011 года сотрудники канадской компании «D-Wave Systems» заявили о своего рода эпохальном событии. Впервые в истории клиенту был продан квантовый компьютер «D-Wave One» со 128-кубитным чипом. Его цена составила 10 миллионов долларов, причем в многолетний контракт включено и обслуживание машины. Покупателем выступила знаменитая компания «Lockheed Martin», специализирующаяся на военной, авиационной и космической технике. Она намерена с помощью квантового компьютера создать некую «киберфизическую систему», которая интегрирует программное обеспечение с датчиками окружающей среды. Второй квантовый компьютер за такую же сумму приобрела интернет-компания «Google». В начале 2014 года на этих машинах была проведена серия испытаний, которая показала, что «D-Wave One» превосходит классические суперкомпьютеры по скорости решения задач в 36 тысяч раз.

Компьютер «D-Wave One» выглядит как огромный черный шкаф, что объясняется необходимостью поддерживать сверхнизкие температуры и особые магнитные поля. Но ведь когда-то и обычные компьютеры занимали десятки шкафов. Специалисты утверждают, что смогут миниатюризировать и удешевить квантовые компьютеры, взяв за основу оптические устройства, ведь фотон — тот же квант, обладающий соответствующими свойствами. Однако главная проблема не в размерах, а извлечении информации: в какой-то момент процесс квантового вычисления нужно остановить, чтобы получить ответ в традиционном виде бита, то есть на выходе должны быть все те же пресловутые «0» или «1». Неопределенность при решении поставленной задачи недопустима.

Проблему очень образно описал итальянский профессор Томмасо Каларко — крупнейший специалист по квантовым компьютерам: «Представьте себе официанта в ресторане. Если он ходит медленно, то пища наверняка будет доставлена по назначению. Но в квантовых масштабах «медленно» не годится: оно приведет к декогеренции, то есть нарушению связей в квантовой системе, возникающей из-за влияния внешней среды. Такая «остывшая» система заказчику не подойдет, и он попросит деньги назад. Если же идти слишком быстро, точность вычислений сильно упадет и много посуды окажется на полу. Профессиональные же официанты ходят иначе: сначала они ускоряются, идут с некоторым наклоном и замедляются. Функционирующий по похожему принципу алгоритм разрабатывают для использования в квантовом компьютере».

В решении этой проблемы российские ученые оказались вне конкуренции, поэтому с давних пор Москва стала «Меккой» для квантовых физиков: они с удовольствием приезжают к нам, чтобы набраться опыта и обсудить острые вопросы. К примеру, оптимизационный алгоритм, позволяющий повысить точность результата при использовании квантового компьютера, создал выдающийся отечественный математик Вадим Кротов. Итальянский профессор описывает его достижение так: «Вернемся к нашему официанту. Что вы делаете, когда бьете тарелки? Правильно, возвращаетесь назад во времени, представляя, как все было бы, поступи вы немного иначе. Вы проецируете свои желания на то, что уже сделали. И в новой реальности вы будете аккуратнее. Так и алгоритм Кротова постоянно «возвращает» квантовую систему в прошлое и показывает, что будет при некоторой ее корректировке. Ошибка при этом, конечно же, уменьшается».

Магические технологии
Что же даст нам вычислительная машина с практически мгновенным быстродействием?
Ученые обычно приводят такой пример. Для того, чтобы получить доступ к чужой кредитной карте, нужно разложить на два простых множителя число длиной в сотни цифр. Самому мощному суперкомпьютеру, находящемуся в Китае и проводящему квадриллионы операций в секунду, на это потребуется более 15 миллиардов лет — время большее, чем возраст Вселенной! Серийному квантовому компьютеру понадобится всего-то пара часов. Но не спешите обвинять разработчиков в злых намерениях: система, способная решить столь сложную задачу, поможет создать и шифр, который взломать принципиально невозможно.

В мире квантовых технологий перед научным сообществом раскрываются ослепительные перспективы: ученые смогут мгновенно расшифровывать геном, точно предсказывать погоду и климатические изменения, определять оптимальную аэродинамику для автомобилей, самолетов и ракет, обрабатывать колоссальные массивы данных, находя зависимости в хаосе (например, квантовый компьютер способен очень быстро выделить искусственный сигнал инопланетян в космическом шуме). Через квантовые технологии лежит прямой путь к созданию искусственного интеллекта и телепортации.

Однако интереснее другое. Хотя квантовый компьютер — цифровая система, в своей физической основе это аналоговый прибор, работающий на самом глубоком, фундаментальном, уровне. Можно сказать, что это маленькая модель всей Вселенной. Таким образом, изучая его, мы можем понять, как «программируется» Вселенная, как накапливается и преобразуется природная информация в ней. И кто знает: может быть, разобравшись в этих принципах, мы сами научимся «программировать» пространство и время. И тогда, как предсказывал знаменитый фантаст-визионер Артур Кларк, технологию нельзя будет отличить от магии.

Антон Первушин


Рубрика сайта: ЗАГЛЯНЕМ В БУДУЩЕЕ
Отправить ссылку другу


0


Рубрики

Июльские сюрпризы

Июльские сюрпризы

Июль — один из самых необычных месяцев в году. Прогноз на ближайший месяц от шамана Дардо Кусто.

Коучи и неучи

Коучи и неучи

Модное слово «коуч» повторяется на все лады, а самые известные из этой ловкой братии давно стали миллионерами.

Спасительный страх

Спасительный страх

Почему мы испытываем страх? Зачем это отвратительное липкое чувство? Парадоксально, но именно страх позволил человечеству сохраниться как биологическому виду.

Узнайте себя: как вы относитесь к врагам?

Узнайте себя: как вы относитесь к врагам?

Давайте попытаемся понять, как вы относитесь к своим недоброжелателям и как это вас характеризует?


ГАЗЕТА "ОРАКУЛ" (АВГУСТ)

ГАЗЕТА "ОРАКУЛ" (АВГУСТ)

Лучшие материалы по астрологии и психологии, философии и магии, тайнах истории и паранормальных явлениях. 

ЖУРНАЛ "СТУПЕНИ" (ИЮЛЬ)

ЖУРНАЛ "СТУПЕНИ" (ИЮЛЬ)

Научно-популярные истории об удивительном и невероятном, мнения профессионалов и свидетельства очевидцев.

ЖУРНАЛ "СОВЕТЫ ОРАКУЛА" (ИЮЛЬ)

ЖУРНАЛ "СОВЕТЫ ОРАКУЛА" (ИЮЛЬ)

Магические советы, рекомендации целителей, предсказания астрологов, комментарии психологов на темы любви, здоровья, денег.

ЗВЕЗДНЫЕ ВЕХИ ГОДА

ЗВЕЗДНЫЕ ВЕХИ ГОДА

Прогноз от астролога Элеоноры Гинзбург.

Loading...

Астрологический прогноз — способ узнать будущее

Составлять астрологические прогнозы люди научились еще множество веков назад для того, чтобы иметь возможность лучше подготовиться к сюрпризам, которые готовит нам судьба. Ориентация в реальной жизни по небесным светилам является одним из способов приоткрыть завесу будущего. Звезды способны рассказать нам о предстоящих событиях и определить наши действия.

Каждый вправе сам решать, верить или не верить в астрологический прогноз, но тот факт, что астрология — это реальная наука со своими методами исследования и неоспоримыми результатами, сомнений не вызывает. Ни один астрологический прогноз не претендует на то, чтобы его воспринимали как единственно возможную истину. Предсказания по звездам дают нам путеводную нить, тему для размышлений и рекомендации, которые могут быть выполнены или нет в зависимости от личных пожеланий человека. Каждый волен строить судьбу по своему сценарию, но звезды способны помочь нам избежать некоторых ошибок, вовремя ухватиться за счастливый шанс и просто сделать жизнь немного легче и светлее.