Продолжаем рассматривать квантовое будущее вычислений с точки зрения INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Национальный институт ядерной физики, Италия).

В отличие от традиционных компьютеров, которые обрабатывают информацию с помощью битов, принимающих только значения 0 или 1, квантовые компьютеры используют кубиты — физические системы, подчиняющиеся законам квантовой механики. Благодаря принципу суперпозиции кубит может одновременно находиться в комбинации различных состояний: он не просто 0 или 1, а имеет определенную вероятность находиться в обоих состояниях до момента измерения. Когда больше кубитов связываются воедино посредством явления запутанности, их свойства становятся коррелированными гораздо глубже. В этих условиях квантовую систему уже нельзя описать как простую сумму ее частей: информация распределяется по всему набору кубитов, что позволяет одновременно исследовать очень большое количество возможных конфигураций и разрабатывать вычислительные стратегии, недоступные для обычных компьютеров. Если классический компьютер родился из электроники XX века, то квантовый компьютер родился непосредственно из фундаментальной физики. Единицы информации квантовых вычислений, кубиты, используют такие явления, как суперпозиция и запутанность, которые на протяжении десятилетий были объектами изучения в физических лабораториях по всему миру. Те же самые концепции, которые в прошлом казались принадлежащими только миру фундаментальных исследований, сегодня находятся в центре нового поколения технологий. По этой причине гонка за квантовыми вычислениями — это не только инженерная или вычислительная задача: это также результат более чем вековых исследований глубинной природы материи и фундаментальных взаимодействий.

Итак, квантовые компьютеры, благодаря своим характеристикам, могут позволить нам решать проблемы, которые сегодня являются непреодолимыми даже для самых мощных суперкомпьютеров, и преодолевать их ограничения: но превращение этого обещания в зрелую технологию — огромная задача. Одним из главных препятствий является хрупкость квантовых состояний. Взаимодействие с внешней средой имеет тенденцию быстро разрушать суперпозицию и запутанность, явление, известное как «декогеренция». По этой причине нынешние прототипы, хотя и быстро развиваются, все еще далеки от технологической стабильности. Решение проблемы декогеренции станет одним из определяющих факторов успеха одной из технологий, над которой работают исследователи по всему миру.

Теоретические основы квантовых вычислений были заложены в 1980-х годах физиками, такими как Ричард Фейнман и Дэвид Дойч. Первый понял, что квантовые явления можно использовать для моделирования природы, второй показал, как они могут лечь в основу универсального компьютера.

Сегодня, более чем сорок лет спустя, задача состоит в том, чтобы превратить эти идеи в надежную и масштабируемую технологию. И именно здесь проявляется один из самых захватывающих аспектов квантовых компьютеров. В отличие от того, что произошло с классическими компьютерами, как это часто бывает в фундаментальных исследованиях, сегодня все еще нет доминирующей технологии. Некоторые исследовательские группы работают с нейтральными атомами, которыми можно точно манипулировать с помощью сотен лазерных лучей. Другие сосредоточены на захваченных ионах, на использовании фотонов или на сверхпроводящих схемах.

Продолжение следует...