Путь к революционному прорыву в вычислительной технике открывает работа нобелевских лауреатов по физике Сержа Ароша и Дэвида Вайленда.

В небагатослівному сообщении Нобелевского комитета говорится, что исследователи в области квантовой физики француз Серж Арош и американец Дэвид Вайленд, работая в своих странах, независимо друг от друга “открыли способ измерения состояния квантов без их разрушения”. Благодаря их изобретению в недалеком будущем можно будет создать самые точные часы в мире и компьютер такой мощности, которую трудно даже представить.

Это сообщение особенно порадовало доцента кафедры электронных средств информационно-компьютерных технологий “Львовской политехники” Виктора Гоблика. Он давно следит за разработками, направленными на создание квантовых компьютеров. Виктор Васильевич показывает мне курсовые работы студентов третьего курса, которые еще в 2006 году пытались представить, как будет работать квантовый компьютер. Среди львовских политехников касательный к этой тематике и профессор кафедры электронных приборов Зеновий Микитюк. Ученые растолковали корреспонденту “ВЗ”, как говорят, на хлопский разум, суть работы нобелевских лауреатов и ее прикладное значение. Это совместное интервью я начал с вещей элементарных. Что такое квант?

— Квант — это частица или порция различных видов энергии. Скажем, частица света называется фотоном. То, что ядро атома имеет некий магнитный момент, известно со школы. Это же можно сказать и про электрон… Этот магнитный момент является вектором, а любой вектор имеет направление. Энергия различных векторных состояний разная. Поэтому ее можно использовать как условный ноль или единичку.

— Вы подводите к тому, что в классических компьютерах вся информация хранится, обрабатывается и передается как комбинация нулей и единичек?

— Да. Что дает нам один бит? Ноль — единичка, да — нет, да — нет… Это электроника. А тут спускаемся на уровень атомов и молекул или фотона, кванта света. Он имеет две поляризации и, опять же, одна будет условным нулем, а вторая — единичкой. Квантовые компьютеры будут оперировать не битами, а кубитами (кубит — это одниця квантовой информации, квантовый бит). Кубит — это тоже, образно говоря, ячейка памяти.

— Я просматривал курсовые работы по вопросам квантовых компьютеров. Одна студентка написала, что скорость обработки информации будет “ужасной”… А если говорить языком цифр?

— Теоретически квантовый компьютер будет способен в одно мгновение производить миллион вычислений, в то время как классический — только одно, то есть потенциальная вычислительная мощность квантового компьютера превышает мощность классических компьютеров примерно в 10 в 80-й степени раз. Представьте себе сумму долларов — единица и 80 нулей! Для лучшего понимания этого астрономического числа приводят такое сравнение: обычный компьютер, равный по вычислительной мощности квантовому, должен быть размером со Вселенную! Или можно сказать и так: один квантовый компьютер сможет заменить все нынешние машины мира!

— Атом, электрон или фотон — это то, что движется. Как заставить эти элементарные частицы должны быть стабильными носителями какой-то информации?

— Вайленд, и Арош добились того, что взаимодействие поля и вещества стало возможно наблюдать на чисто квантовом уровне, используя одиночные атомы и фотоны. Они их “заманили” и “закрыли” в ловушках-резонаторах невероятно высокого качества, измерили их квантовое состояние, то есть они теперь точно знают, где есть условный ноль и единичка.

— В обычном компьютере информация, память сохраняется на диске. А в квантовом компьютере где будет “сидеть” тот одинокий атом, фотон или их набор?

— Это может быть какой-то алмазный или кремниевый кристаллик. Возможно, для этого найдется какая-нибудь другая ловушка…

— Для чего нужны компьютеры такой невероятной мощности? Знаем, что сверхмощные современные компьютеры уже помогли генетикам расшифровать геном человека…

— Квантовый компьютер сможет гораздо эффективнее решать задачи в области дискретной оптимизации, для которых не приспособлены обычные компьютеры с бинарной логикой. Например, это могут быть задачи маршрутизации и навигации всех видов транспорта, анализ финансовых рисков, моделирование мировой экономики с целью избежания мировых финансово-экономических кризисных явлений, распознавания образов, классификации изображений, декодирования сложных секретных кодов в режиме реального времени (один из моментов обеспечения национальной безопасности), моделирование климата, долгосрочных прогнозов погоды, расчетов термоядерного синтеза, создание новых продуктов генной инженерии, моделирование галактики с ее 100 миллиардами звезд…

— Если через 10-15 лет появятся квантовые компьютеры, то что будет с огромным количеством классических компьютеров? Их придется выбросить, как это произошло с пленочными фотоаппаратами и магнитофонами после появления цифровых?

— Нет, ничего катастрофического в ближайшем будущем с парком привычных для нас персональных машин не произойдет. Они еще длительное время будут выполнять те задачи, для которых созданы. Однако самые сложные задачи современности будут выполнять квантовые гіперкомп’ютери. В перспективе — создание значительно более мощного квантового Интернета на основе квантовой телепортации.

— Квантовая телепортация? Это уже фантастика! Будто перенесение предметов с одного места в другое без видимого приложения к ним физических сил?

— Никакой фантастики! Квантовая телепортация представляет собой мгновенный перенос не объекта, а только неизвестного квантового состояния одного объекта на другой квантовый объект. В результате получаем идентичный состояние другого объекта в другом месте. Такая технология позволит осуществлять обмен информации в квантовом компьютере.

— А если говорить о перспективах сверхточных часов? В Интернете нашел информацию, что уже давно созданы атомные часы, который может дать погрешность в одну секунду за… 100 миллионов лет. Куда еще точнее?

— Есть такие часы. Но открытия нобелевских лауреатов Ароша и Вайленда уже подарило миру оптический часы, в котором два иона совместно измеряют время в сто раз точнее, чем нынешний часы на радіоактивниму элемента цезия. К тому же атомные часы — это, по сути, целая лаборатория со сложным оборудованием. А оптический часы можно довести до размера бытового наручных часов…