Квантовый компьютер
Ква́нтовый компью́тер — машина, которая работает по принципу квантовой механики для обработки информации и выполнения вычислений. Квантовые машины используют кубиты, которые могут находиться во всех возможных комбинациях нулей и единиц[1][2]. Теоретическая производительность таких компьютеров во много раз превышает традиционные системы на базе полупроводниковых процессоров[3].
История
В 1998 году первый физически реализованный квантовый компьютер, содержащий два кубита, был создан группой учёных из Калифорнийского университета в Беркли (США) под руководством Айзека Чуанга. Эта система работала несколько наносекунд и могла выполнять простейшие алгоритмы, но она доказала всю концепцию, которая до этого многие годы существовала лишь в теории. В 2000 году была построена система из семи кубитов с использованием ядерного магнитного резонанса — это оказался первый квантовый компьютер, который стабильно выполнял алгоритмы, хоть и ограниченно. Первый коммерческий квантовый компьютер D‑Wave One, обладающий 128 кубитами, выпустили в 2011 году. Он использовал подход квантового отжига для оптимизации, но не имел преимуществ по стоимости или производительности в сравнении с персональными компьютерами.
В 2019 году впервые была показана разница в решении задач между квантовым и персональным компьютерами. Компания Google использовала квантовый компьютер с 53-кубитным сверхпроводящим чипом Sycamore, чтобы решить малоизвестную математическую задачу. В феврале 2022 года Исследовательский центр Юлиха в Германии запустил квантовый компьютер с более чем 5000 кубитов на базе системы D-Wave, но с удаленным облачным доступом[4].
Применение
- Моделирование квантовых систем. Уникальные квантово-механические свойства кубитов позволяют моделировать квантовые системы, избегая при этом экспоненциального роста сложности вычислений. На квантовом компьютере возможно выполнить базовое моделирование. Модель квантовой системы, такой как молекула, отображается набором кубитов. Затем над этим набором выполняются операции, которые выдают энергию, получаемую в результате химической реакции[5].
- Квантовые компьютеры обладают способностью обрабатывать данные на значительно более высоких скоростях по сравнению с вычислительными машинами. Их преимущество заключается в возможности эффективно работать с большими объёмами информации. Благодаря высокой скорости обработки данных будут достигнуты крупные прорывы в областях искусственного интеллекта и машинного обучения[5].
- Оптимизирование информации. Практически нерешаемыми для традиционных компьютеров являются задачи с большим количеством переменных или сложными взаимосвязями между ними. Квантовые компьютеры помогают человеку решать логистические задачи, составлять расписания[5].
- Шифрование данных. Квантовый компьютер может быть полезным инструментом для улучшения безопасности криптографических систем и защиты конфиденциальной информации[5].
Виды систем
IBM Quantum System Two
Модульная установка, представляющая собой квантовый компьютер IBM Quantum System Two, имеет размеры, составляющие 6,7×6,7×3,6 метра. Основу его функционирования формируют квантовые процессоры IBM Heron, оснащённые 156 физическими кубитами. Вероятность двухкубитных ошибок равна всего 3×10⁻³. Функционирование процессоров в экстремальных криогенных условиях, охлаждаемых специализированными установками до температур, близких к абсолютному нулю (около −273.140 °C), необходимо для обеспечения высокой точности. Quantum System Two способна интегрироваться с суперкомпьютерами, такими как Fugaku. Это позволяет эффективно распределять вычислительные задачи между квантовыми и классическими системами. Квантовый компьютер способен решать сложные задачи: моделирование электронной структуры комплексных соединений, что прежде считалось недостижимым. Создание систем Starling ожидается к 2029 году путём объединения модулей Quantum System Two, имеющим более 200 логических кубитов, выполняя больше одного миллиарда операций в секунду. К 2033 году запланировано создание нового HPC-кластера Blue Jay, который будет использовать 2000 логических кубитов и достигнет эффективности до одного миллиарда квантовых операций в секунду[6].
SpinQ Gemini
SpinQ Gemini является компактной системой квантовых процессоров. Настольный квантовый компьютер функционирует при комнатной температуре (0-33 °C), весит 55 кг и имеет габариты 70×40×80 см, исключая необходимость криогенного охлаждения. Система поддерживает одно- и двухкубитные логические вентили, демонстрируя время когерентности до 20 мс. Программирование на этом устройстве возможно через графический интерфейс с помощью интегрированного программного обеспечения SpinQuasar. В основе лежит технология ядерного магнитного резонанса, использующая постоянные магниты мощностью около одного тесла для обеспечения работы двух кубитов. Система была разработана для образовательных целей, но двух кубитов недостаточно для выполнения сложных параллельных вычислений. Способна воспроизводить до 18 демонстрационных алгоритмов, предоставляет инструменты для изучения явления квантовой декогеренции и может запускать вариационные квантовые алгоритмы, например, VQE для моделирования Гейзенберга. SpinQ Gemini используется в учебных лабораториях, специализирующихся на квантовых вычислениях[6].
См. также
Примечания
- ↑ Учакин А. Квантовый компьютер: что это такое?. Rb (5 апреля 2024). Дата обращения: 20 октября 2025.
- ↑ Валиев К. А., Холево А. С. Квантовый компьютер. БРЭ. Дата обращения: 20 октября 2025.
- ↑ Квантовый компьютер. Энциклопедия Касперского. Дата обращения: 20 октября 2025.
- ↑ Втулкина Н. Вычисления на грани фантастики: что такое квантовый компьютер и как он работает. Вокруг света (5 августа 2025). Дата обращения: 22 октября 2025.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Учакин А. Квантовый компьютер: что это такое?. Rb (5 апреля 2024). Дата обращения: 22 октября 2025.
- ↑ 6,0 6,1 Квантовые компьютеры: не фантастика, а реальность. ServerFlow (2 июля 2025). Дата обращения: 24 октября 2025.