Росія вкладає в створення квантового комп’ютера 900 млн. рублів, а в квантову зв’язок — 450 млн. А вчені ламають голови над цією загадковою областю фізики. Вона може подарувати нам «кіношне» майбутнє з телепортацією і надпотужними комп’ютерами. Про ці технології Hi-Tech Mail.ru розпитав Юрія Курочкіна, керівника лабораторії Російського квантового центру та кандидата фізико-математичних наук.
Чому нам взагалі корисна квантова механіка?
Як наука квантова механіка дала перші плоди в минулому столітті (атомні бомби, транзистори), люди навчилися управляти квантовими властивостями великих ансамблів частинок. Зараз людство вчиться керувати окремими частинками, що дає абсолютно нові технології.
Наприклад, з точки зору метрології. Ви їдете на машині по GPS-навігатору, він показує стан вашого авто. Якщо поруч дві дороги, він може вас «перекинути» на сусідню. А хотілося б, щоб з точністю до 5 см визначав становище. Для цього потрібно зробити дуже точні годинник — на одному атомі.
Крім відомих квантових обчислень є квантові симулятори. Це коли ми намагаємося змоделювати кристалічну решітку з допомогою атомів, спійманих в оптичну решітку. Так можна моделювати матеріали, які потім стануть новим компонентом наших гаджетів, наприклад. І поліпшать його характеристики.
Прогноз: квантові комп’ютери вмонтують у звичайні
Робочий прототип квантового комп’ютера IBM.
У якийсь момент в комп’ютерах виникне додатковий квантовий процесор, причому він не замінить класичний. Він, як і відеокарта, здатна швидко вирішувати завдання, доповнить його. Можливо, зміняться і розміри комп’ютерів, щоб квантова частина була ізольована від усього іншого. Але це вже за горизонтом планування.
Квантові комп’ютери зараз знаходяться приблизно в тому ж стані, в якому звичайні комп’ютери перебували в 1940-х роках. Справжніх квантових комп’ютерів, здатних вирішувати серйозні завдання, ще немає. Причина проста: вони дуже важко нарощують кількість квантовий біт (одиниця кількості інформації в квантовому комп’ютері). Чим воно більше, тим більше стає крихким комп’ютер.
У Google вирішили створити квантовий процесор, придумати для нього задачу, яку не зможе вирішити існуючий суперкомп’ютер. Наприклад знайти яку-небудь топологічну конфігурацію, яку перебором вирішувати нескінченно довго. Нехай ця задача і далека від реальності, це демонстрація обчислювальної потужності.
Коли повноцінний квантовий комп’ютер буде створений, перший час їм будуть мати кілька корпорацій і держав. IBM, Intel, Microsoft і так далі. А також китайський і американський уряди.
Прогноз: телепортація буде можлива завдяки квантової заплутаності
ТАРДІС — засіб для телепортації з серіалу «Доктор Хто». За сумісництвом є живою істотою з іншої планети. Зовні виглядає як поліцейська будка, а всередині — так. Нічого не нагадує? Кадр із серіалу «Доктор Хто»
У фізиці є феномен квантової заплутаності — це взаємозалежність квантових станів двох об’єктів. Простіше кажучи: є два носка, серед них немає правого або лівого, поки ви не надінете один на праву ногу. Тоді другий носок автоматично стане лівим, де б він не знаходився.
Квантова заплутаність може використовуватися для квантової телепортації. Це дійсно вже можливо, але тільки для однієї частинки. Можете уявити, скільки частинок в одному грамі будь-якої речовини? (порядку 10^23 — прим. ред.). У стільки разів складніше провести цю телепортацію.
Поки люди вміють телепортувати тільки одну частинку. А жива істота — ще немає.
Прогноз: квантовий комп’ютер принесе нам нові загрози
Тестовий запуск квантового комп’ютера IBM.
Звичайна криптографія з відкритим ключем вразлива для квантового комп’ютера. Незважаючи на те, що він ще не створений, це вже привід для занепокоєння. Якщо хочете, щоб ваші дані залишалися тільки вашими, ви повинні принаймні за рік до появи квантового комп’ютера перейти на рішення, захищений від нього.
Уявіть, що буде, якщо з квантового комп’ютера спробують зламати ваш дрон. Або цілу армію дронов. Чи візьмуть під контроль багатотонна вантажівка, що мчить по шосе. Наслідки можуть бути жахливими.
Держава теж цікавиться захистом, приходили з міністерства цифрового розвитку. Але зазвичай цикли впровадження в державі займають роки. Потрібні досліди, експлуатація, доробка і саме впровадження, нарешті. Ніхто не скасовував усі ці стадії незважаючи на те, що є потенційна загроза.
На щастя, квантових комп’ютерів спочатку буде 5-7 штук в світі. Буде ще вікно часу перш, ніж вони стануть доступні звичайним хакерам.
Прогноз: подорожі в часі залишаться атрибутом кіно
Кадр з фільму «Назад в майбутнє»
До подорожей у часі ми наблизилися настільки ж, наскільки наблизилися до чорних дірок. До них як і раніше багато світлові роки.
Незважаючи на якісь антинаукові моменти, «Интерстеллар» та інші такі художні твори відіграють важливу роль. Діти дивляться, у них захоплює дух від того, на що здатна наука. І в цьому сенсі все правильно і добре. Але далеко від реальної фізики.
