Что такое квантовые компьютеры

Эта статья ― лишь небольшая часть того, что Камиль Хадиев рассказал в интервью для нашего проекта GeekSpeak, доступного только студентам платных программ GeekBrains.

Камиль Хадиев ― старший научный сотрудник в Казанском федеральном университете, занимается квантовыми вычислениями, разрабатывает квантовые алгоритмы. Преподает в университете и тренирует студентов для участия в олимпиадах по спортивному программированию.

Транзисторы достигли предела

У нас есть процессоры, у них есть элементарные элементы ― транзисторы, они все уменьшаются и уменьшаются. И сейчас уже мы подходим к тому порогу, когда уже перестают работать законы макромира и начинают работать законы микромира. Стандартные программы просто не работают на таком размере. Технологии вроде бы позволяют чуть-чуть уменьшить процессоры, но работать они начинают по-другому. 

Первая идея квантовых компьютеров появилась у физиков, когда они решили моделировать молекулы. И оказалось, чтобы их смоделировать, вычислительных ресурсов в принципе не может хватить при текущих способах. Если оценочно, все частицы во Вселенной будут микропроцессором, то все равно это не сможет отработать. И тут возникла идея использовать идеи квантовой физики для вычислений.

Квантовые вычисления быстрее

Для обычного вычисления используют биты. Бит ― это нолик или единичка. Есть ток, либо нет тока. Следующий этап: вероятностные вычисления. Это когда у нас периодически при вычислениях срабатывает датчик случайных чисел. Мы можем с какой-то вероятностью в нолике или единичке находиться. Это иногда помогает вычислениям, делает их более быстрыми, более надежными, меньше использовать память.

Квантовый бит ― воздушный шарик

Квантовый бит может одновременно находиться в нолике или в единичке с разной степенью вероятности. Можно представить, как шарик. У него есть ось, вокруг которой он вращается. Мы можем менять вращение и в процессе вычисления мы с ним работаем. Можем так его повернуть, так повернуть и так повернуть. 

А когда хотим узнать, в каком он состоянии, у нас проблемы, мы не можем узнать, как он вращается. Мы можем его только схватить. Как баскетбольный мяч можем схватить и увидеть ― у него полоски вот так идут или вот так? То есть нолик или единичка. Но при этом вероятность, что он окажется в таком или таком состоянии она пропорциональна тому положению оси вращения, в котором он был реально.

Зачем нужна теория вероятностей

По физике это намного все сложнее. Это такой игрушечный пример, просто чтобы понять. Почему возникает теория вероятностей? Потому что мы не знаем всех всех условий. Как ветер подул еще до того, как мы подкинули монетку, например. Вот если мы все могли посчитать, то тогда мы точно знаем орел или решка.
 
Сейчас мы стараемся кроме просто теоретической идеи, смотреть, как это запрограммировать, потому что там свои особенности, свои сложности возникают, потому что программировать квантовые алгоритмы сейчас приходится на уровне аналога.

Полная версия интервью доступна только студентам GeekBrains

Это лишь небольшая часть того, что Камиль Хадиев рассказал в интервью для нашего проекта GeekSpeak. В рамках этого проекта мы общаемся с известными учеными, разработчиками и бизнесменами, которые делятся своими знаниями и опытом, а также подробно рассказывают о таких темах, для понимания которых нужно прочитать десятки научных книг и статей, написать сотни тысяч строчек кода или основать несколько стартапов.

К каждому интервью прилагаются полезные материалы, которые спикеры советуют для саморазвития: книги, фильмы, лекции, презентации, подкасты и многое другое.

Посмотреть расширенное интервью и получить подборку материалов могут только студенты платных программ GeekBrains. Хотите стать одним из них? Выберите свою программу обучения здесь.