Коли звичайна фізика вже не вивозить: квантові комп’ютери йдуть у бій — Андрій Чумаченко

У подкасті ми часто згадуємо квантові комп'ютери: як вони проводять вимірювання в паралельних всесвітах, як виконують мільйони операцій, як їх готують до запуску в космос. Це звучить цікаво та футуристично, але в якийсь момент я зрозумів, що просто не розумію, що ж таке квантовий компʼютер.

Тому я вирішив розібратися до рівня «підтримати розмову» та ділюсь з тобою простими словами.

Головне: квантовий комп’ютер працює не за звичними правилами, а за законами квантової фізики. Тут можна було б зупинитися, але далі цікавіше.

Думаю ти знаєш – буквально все, що ми робимо (пишемо, дивимось, слухаємо) на наших пристроях зводиться до довгих послідовностей із 0 та 1.

А квантовий комп’ютер використовує кубіти (квантові біти), які можуть бути 0 та 1 одночасно, що називається «суперпозиція». Ага. А ще вони можуть бути пов’язані один з одним (це називається «заплутаність»), і стан одного кубіта залежить від іншого — навіть якщо між ними світлові роки.

Кубіти бувають різні, найпопулярніші – суперпровідні: крихітні кільця з надпровідника, де струм тече без опору. Стани цього струму і є квантові 0 та 1.

Завдяки цим властивостям квантові комп’ютери можуть одразу прораховувати багато варіантів, тоді як звичайні – один за одним.

Цікаво? А далі ще цікавіше.

Підписуйтеся на наші соцмережі

Ніхто точно не знає, що саме відбувається всередині суперпозиції. Тобто, математично описується стан, де кубіт є 0 та 1 одночасно, але ніхто точно не знає, що відбувається до моменту вимірювання. Де він «перебуває», поки не виміряний?

Уяви монетку, що крутиться в повітрі – вона і орел, і решка, поки не впала. Але квантова система ще дивніша – навіть якщо ти не дивишся, вона існує у всіх станах одразу, а потім «обирає» один, коли її вимірюють. Чому саме так — ніхто не знає.

Ще один ефект – заплутаність. Змінився стан одного кубіта й миттєво змінився другий. Навіть якщо вони на різних кінцях галактики (привіт фанатам «Проблеми 3 тіл»). Здається, це не означає, що інформація передається швидше за світло, але залежність точно є, і вона експериментально підтверджена. Як саме – незрозуміло.

Третій момент – декогеренція. Кубіти «ламаються», коли з ними взаємодіє навколишній світ (тепло, шум, випромінювання). Вони втрачають свою «квантовість» і стають звичайними 0 або 1.

Чому так відбувається? Де межа між квантовим і класичним світом? Ці питання досі без відповіді.

Розумієш, який кайф? Системи працюють, а природа їхньої роботи – незрозуміла. Раніше в таких умовах виникали нові релігії.

У науковців є кілька версій (якщо їх можна так назвати, бо кожна звучить трошки фантастично), що відбувається насправді, але жодна не доведена:

1. Копенгагенська: поки не подивився, нічого не існує конкретно.

2. Мультивсесвіт: кожен варіант подій трапляється, але в окремому всесвіті.

3. Пілот-хвиля: частинка знає, куди летіти, бо її веде «хвиля-привид».

Квантовий комп’ютер – не просто нова модель ПК. Це машина, яка може розв'язувати задачі, які звичайний комп’ютер вирішував би тисячі років (або не вирішив би взагалі).

Тож навіщо їх створюють? Моделювати складні молекули (створювати нові ліки), зламувати або створювати шифрування, розв'язувати багаторівневі задачі оптимізації (логістика, фінанси), значно прискорювати машинне навчання.

Зараз публічно відомо про ≈ 200 таких машин у світі (більшість у закритих лабораторіях). Серед лідерів з обчислення – IBM, Google, D-Wave, IonQ, Quantinuum та Honeywell.

Поки що це все звучить як технологія з майбутнього. І це правда: квантовий комп’ютер це ще не продукт, а скоріш вектор руху.

Але якщо ти колись відкриєш новину «новий квантовий чип розв’язав задачу за 30 секунд» – знай, це не просто «він швидший за звичайний комп’ютер». Це означає, що ми доторкнулися до задач, які звичайні комп’ютери навіть не починають рахувати.

Квантовий світ дивний, але, здається, саме тут захована наступна велика ера обчислень.

Якщо ти вже давно з цим розібрався та є де мене виправити чи щось додати – з великою цікавістю чекаю тебе в коментарях)