Квантовый компьютер

Информация

Единица памяти в квантовом компьютере представляет собой так называемый "квантовый бит" или "кубит". Отличие его от аналогичного бита на современных ЭВМ заключается в том, что кубит может не только принимать конкретные значения(0 или 1), но и находиться как бы в промежуточном состоянии(так называемой "суперпозиции") между 0 и

В квантовом мире вообще говоря подобные фокусы не являются чем-то из ряда вон выходящим, сама природа микромира такова, что процессы, происходящие там, за границей нашего представления, это процессы, которые не поддаются стандартному осмыслению и выходят за рамки классической механики, как средства описания и познания. Квантовое состояние частиц описывается там уже с точки зрения вероятности нахождения частицы в данном состоянии. Это значит, что нет ничего особенного в том, что пока мы не производим измерений над частицей, она вращается не в одном направлении, а во всех сразу. 

Вычисления

Если исходить из того, что работа квантового компьютера основывается не на вычисления с битами, а на манипуляции с квантово-механическими состояниями частиц - одновременное выполнение огромного числа вычислений уже перестает быть чем-то нереальным. 

Давайте проведем мысленный эксперимент. 

Допустим, нам надо найти наибольшее число среди всех чисел, записанных где-то в памяти. Как справится с этой задачей наш с вами обычгый ПК?Он возьмет этот массив чисел, переберет его и выдаст ответ. 

При этом каждый шаг мы можем просчитать и вести учет каждого действия нашего ПК. С квантовым компьютером все происходит совершенно иначе. Не без доли правды можно заявить, что во время вычислений внутри него происходит какая-то "магия" просто потому что мы понятия не имеем, что происходит внутри кубитов квантового компьютера во время процесса вычислений и любые попытки заглянуть туда и провести наблюдения внутренних процессов, привели бы к немедленному разрушению "кванто запутанной" системы или декогеренции. Отсюда немедленно вытекает принцип нашего взаимодействия с машиной:все вычисления делаются без вмешательства, а измерение делается только по окончанию процесса. 

Задачи и перспективы

Наверное самая главная часть. Какие же задачи стоят перед подобными машинами? Прежде всего расчет алгоритмов с экспоненциальной сложностью(об этом во 2 части). Одновременное вычисление огромного количества данных избавляет нас от необходимости выделять огромные куски памяти под вычисления и вспомогательные массивы, поскольку, вообще говоря, нужный нам ответ уже заложен в квантовом регистре, вопрос лишь в том, как его оттуда достать. 

Все это означает, что задачи на перебор вариантов перестают быть таковыми, что влечет за собой написание брутфорса, способного взломать любую ныне существующую криптосистему, будь то ваша почта или банковская система. Более того, квантовый компьютер способен помочь в физике, биологии, метеорологии и прочих важнейших областях науки, поскольку моделирование жизнедеятельности клетки или предсказание погоды до сих пор являются задачами неподъемными для нынешних ЭВМ. 

На данный момент уже существует большое количество квантовых центров, занимающихся разработкой квантовых компьютеров для узких специализаций, а на олимпиаде в ЮАР уже были использованы пути квантовых линий связи, защита информации в которых осуществлялась с помощью квантовой криптографии. К сожалению пока что существует много трудностей, связанных с производством квантовых компьютеров, поскольку он нуждается в охлаждении не от куллера, а более совершенных холодильных машин, и для исправной работы необходимо поддерживать температуру, близкую к абсолютному нулю(~-273 C)