В последние годы широкая аудитория все чаще слышит термин квантовый
компьютер, немало публикаций об этом можно встретить в сети.
Основная единица такой системы кубит понятие из области квантового
мира, а потому кажется загадочным и очень сложным. Что такое кубит,
для чего он нужен и как физически может быть реализован? Об этом
ПостНаука спросила доктора физико-математических наук, профессора
МГУ, руководителя научной группы Российского квантового центра
Алексея Рубцова.Кубит это носитель квантовой информации и аналог
бита в квантовом мире, основной элемент любых квантовых
вычислителей. Кубит представляет собой систему, которая находится в
контролируемом состоянии суперпозиции двух стационарных состояний 0
и 1. Это значит, что, в отличие от классических битов, которые
могут находиться в состоянии или 0, или 1, кубиты могут быть в
состоянии 0 и 1 одновременно. Кубитам также характерно неприсущее
битам явление квантового запутывания: состояние одного такого
элемента связано с состоянием другого независимо от расстояния
между ними. Потенциально эти свойства позволяют реализовывать
параллельные вычисления и эффективнее классических систем работать
с большими объемами информации.Но режим квантового превосходства
пока не был достигнут никем такое устройство могло бы обогнать
классические компьютеры в решении большинства задач. Для достижения
превосходства требуется машина с 5060 кубитами и, что важно,
достаточно малой декогеренцией, то есть в состоянии, при котором
ничто извне не будет мешать кубитам находиться в квантовой
запутанности между собой. Здесь, в частности, и возникает сложность
в реализации полноценного квантового компьютера.Дело в том, что
сами по себе кубиты очень чувствительны к окружающей среде и
воздействию шумов. Кроме того, чем больше кубитов, тем более
хрупким становится их запутанное состояние. Даже малейшие
возмущения могут привести к ошибкам в квантовых вычислениях,
искажению данных. И хотя физически кубит может быть реализован
разными способами (кубиты создают с использованием специально
выращенных сверхпроводниковых структур, ультрахолодных атомов и
ультрахолодных ионов, с помощью оптических систем и так далее),
единого ответа о наиболее перспективной реализации у исследователей
пока нет сегодня эксперименты по созданию квантовых вычислителей
ведутся на основе разных технологий. И этот список регулярно
обновляется. Если обобщить на совсем базовом уровне: столкновение
квантовой системы с реальным миром разрушает всю квантовость, и
способ поддержки этого состояния в достаточном масштабе пока не
придуман. Тем более не придуман способ реализации такого квантового
вычислителя, к примеру, в условиях обычной квартиры.Несмотря на
текущие сложности, квантовые информационные системы имеют большой
потенциал по крайней мере в науке уже есть немало вычислительных
задач, с которыми классические компьютеры справиться не могут.
Также стоит заметить, что существуют системы с сотнями кубитов
например, об этом заявляет фирма IBM, но состояния квантового
превосходства они пока не достигают из-за высокой декогеренции и
других трудностей, связанных с корректным поддержанием системы.
