5 самых распространенных заблуждений о квантовых компьютерах

Например, их можно использовать для изобретения совершенно новых материалов, делающих батареи во много раз более эффективными. Или они должны однажды сделать медицинские симуляции настолько простыми, что разработка лекарств или прививок займет лишь часть времени, которое раньше требовалось. В повседневной жизни появляются только абстрактные отчеты о том, сколько квантовых битов (кубитов) может создать тот или иной производитель, или дают общее представление о квантовых компьютерах, больше напоминающее научную фантастику. Это приводит ко многим заблуждениям.

Заблуждение 1: кубиты могут находиться в разных состояниях одновременно

Самое известное заблуждения: кубит может принимать состояния 0 и 1, подобно обычному биту, но в одно время. На самом деле кубит может находиться в так называемой суперпозиции состояний 0 и 1. Это означает, что он представляет собой комбинацию или суперпозицию 0 и 1. Математически это состояние выражается как линейная комбинация 0 и 1. Проще говоря, можно представить это так: если бит может принимать синий или желтый цвета, то кубит может принимать любую комбинацию цветов между синим и желтым. Однако есть одна особенность: как только нужно считать состояние кубита, всегда получается в результате либо 0, либо 1 — или в цветовом примере синий или желтый. Тем не менее, можно сделать с информацией больше, чем с битом обычного компьютера. В зависимости от того, насколько значение кубита близко к 0 или 1 (т. е. какие коэффициенты описывают линейную комбинацию 0 и 1), тем больше вероятность показать это число. Для квантовых алгоритмов это часто означает, что их нужно повторять много раз, пока не возникнет закономерность, с которой они выдают один из возможных результатов после определенного вычисления.

Заблуждение 2: квантовые компьютеры работают как классические, но намного быстрее

Квантовый компьютер часто представляют как очень быстрый, высокопараллельный компьютер. Квантовые компьютеры потенциально способны выполнять определенные задачи намного быстрее, чем обычные компьютеры, не потому, что они ускоряют выполнение традиционных алгоритмов, а потому, что они позволяют использовать новые алгоритмические решения. Поэтому они не обязательно быстрее во всех областях.

Источником этого заблуждения является термин квантовый параллелизм, который существует в квантовом мире. Это относится к способности квантовых алгоритмов объединять несколько входных данных в суперпозицию для определенных математических функций. Квантовые компьютеры используют это свойство для одновременного изучения множества возможных решений. Вместо того, чтобы проверять каждое возможное решение по очереди, квантовые компьютеры комбинируют разные решения и выдают некую комбинацию возможных результатов.

В конце концов, можно измерить только один из этих результатов. Правильные алгоритмы вместе со свойствами кубитов гарантируют, что желаемые результаты будут получены с большей вероятностью. Используя это свойство квантовой механики, квантовые компьютеры открывают новые возможности для более эффективных вычислений в конкретных задачах.

Заблуждение 3: Квантовые компьютеры скоро заменят классические компьютеры

Маловероятно, что квантовые компьютеры полностью заменят классические компьютеры в ближайшем будущем. Квантовые компьютеры обещают лучше подходить для определенных задач, таких как моделирование сложных систем или оптимизация задач распределения.

Даже если однажды появятся коммерчески доступные квантовые компьютеры, классические компьютеры останутся средством выбора для многих приложений, таких как обработка текста или просмотр интернета, в обозримом будущем. Обозримое будущее связано с сосуществованием классических и квантовых компьютеров. Мобильный телефон мог бы в какой-то момент естественным образом получить доступ к возможностям облачных квантовых вычислений.

Заблуждение 4: квантовые компьютеры — это всего лишь теория

Квантовые компьютеры уже созданы и в настоящее время используются в исследовательских целях. Однако, прежде чем их можно будет применить к наиболее насущным проблемам современности, науке еще предстоит преодолеть ряд препятствий. Одна из самых важных задач — обеспечить, чтобы кубиты выдавали как можно меньше неверных значений: поскольку информация в кубите хранится только в отдельных фотонах или ионах, даже минимальное воздействие окружающей среды может изменить ее и, таким образом, исказить результат.

Однако, как только появится возможность создавать процессоры с несколькими сотнями или несколькими тысячами кубитов с низким уровнем ошибок, эти системы — вместе с обычными суперкомпьютерами — смогут решать определенные задачи гораздо быстрее, чем это удавалось до сих пор. У исследователей уже есть конкретное представление о путях, которые могут привести к такому квантовому компьютеру.

Заблуждение 5: квантовые компьютеры — это конец криптографии

Популярным заблуждением является то, что квантовые компьютеры потенциально могут взломать все методы шифрования с их вычислительной мощностью. Популярным примером этого является шифрование RSA, которое лежит в основе большинства процедур онлайн-безопасности. С помощью этого метода вычислительные усилия, необходимые для нежелательной расшифровки, могут быть увеличены почти произвольно — для обычного суперкомпьютера. Однако, по прогнозам, квантовые компьютеры однажды смогут вычислить необходимую для расшифровки информацию всего за несколько часов.

В теории существует вероятность того, что методы шифрования, такие как RSA, когда-нибудь будет легче обойти с помощью квантовых компьютеров. Однако ученые уже работают над квантово-защищенными методами шифрования.

Существуют даже теории алгоритмов квантового шифрования, которые используют свойства кубитов и настолько безопасны, что их невозможно физически обойти без того, чтобы злоумышленник не выдал себя. Поэтому более важным является вопрос о том, как защитить данные, которые должны надежно храниться в течение действительно длительного периода времени.