Дмитрий Янковский - Нелинейная зависимость

— И это ты называешь партнерством? — Андрей решил дошутить до конца. — Кто быстрее решит, тот и слопает весь мешок пряников. Вдруг твои крысы окажутся умнее моих атомов?

— Крысы тоже состоят из атомов. — Светлана перестала смеяться и спросила уже совершенно серьезно: — Кстати, скажи мне как спец по квантовым вычислениям — вы уже считаете или только пробуете?

Андрей удивленно поднял брови:

— Тебе-то зачем?

— Ну… Биология мозга тоже не стоит на месте. Раньше работали с мозгом, затем с нейроном, а сейчас начали ковырять сам нейрон. У него ведь тоже есть принцип работы.

— А квантовая машина к этому каким местом? — Такое объяснение удивило Андрея еще сильнее.

— Пока не знаю. Просто я ищу аналог работы мозга в технике, хочу попробовать разобраться с алгоритмами, которые управляют работой мысли.

— Ну ты замахнулась…

— Надо. Работа цифрового компьютера на это совершенно не похожа, — пожаловалась Светлана. — Аналогового — тоже не очень. Тут я вспомнила, что ты работаешь над принципиально новой схемой. Математика для нее уже есть?

— А чем бы мы тогда занимались? Для квантовых вычислений существует алгоритм Шора, позднее его обобщил Китаев, и еще есть алгоритм Гровера для поиска в неупорядоченных базах данных.

— Неупорядоченных? — заинтересованно переспросила Светлана.

— Да. — Андрей удивился такой реакции. — Ты понимаешь, о чем вообще речь?

— Да, я уже с этим столкнулась. Мозг ведь не телефонная книга, и данные в нем уложены не в алфавитном порядке. Просто кучей, но мозг как-то находит нужное.

— Верно, это оно и есть, — подтвердил Андрей. — Для поиска в этой куче и существует алгоритм Гровера. Тут вся фишка в том, что обычная, не квантовая машина будет делать выборку очень долго. А на квантовом уровне…

— Погоди, не спеши, — перебила его Светлана. — Я тут делаю заметки по ходу.

Андрей замер и подумал, не перевести ли столь странный допрос в шутку, но не хотелось перед Светланой выглядеть дураком.

— Так, на квантовом уровне, — повторила она. — Подожди, а в чем принципиальная разница простых и квантовых вычислений? Только не умничай, ладно?

— Ладно, ладно… — Андрей не удержался от смешка. — Короче, все дело в размерах. Понятно, почему каждый элемент компьютера уменьшается в размерах?

— Для повышения их числа, насколько я понимаю. Чем больше элементов, тем выше вычислительная мощность. Это понятно, как с нейронами.

— Ну, что-то вроде того, — подтвердил Андрей. — Вот возьмем элемент, отвечающий за организацию бита. Сейчас он содержит в себе десять в пятой степени электронов. Но все равно вычислительных мощностей не хватает катастрофически. Логично уменьшать дальше?

— Логично, — сказала Светлана. — А технология позволяет?

— Еще как! Уже в начале тысячелетия мы умели подвешивать в вакууме один-единственный атом, но вот считать на нем — проблема.

— А что мешает? — Было слышно, как Светлана щелкает клавишами компьютера, записывая разговор.

— Квантовый шум.

— Что за зверь?

— Ну, ты должна знать, что законы квантовой механики принципиально нелокальны как во времени, так и в пространстве. Нельзя говорить о положении и скорости частицы, можно лишь прикидывать вероятность ее обнаружения в некоторой зоне пространства, а двигаться она будет в некотором диапазоне скоростей.

— Ага… Я поняла суть проблемы. Если ты организуешь бит на одном атоме, то говорить о каком-то нуле или единице смысла нет?

— Ну, не так все плохо, — усмехнулся Андрей. — Обычный бит находится четко в одном из двух состояний. Либо ноль, либо единица. Атом мы тоже можем завесить в одном из двух состояний. Верхний энергетический уровень будет единицей, а нижний нулем.

— Не выйдет, — догадалась Светлана. — Что-то среднее будет между нулем и единицей. Так? Можно будет говорить лишь о вероятности обнаружения бита в одном из логических состояний.

— На практике еще сложнее, — подтвердил Андрей. — Согласно принципу суперпозиции, квантовый бит, или, проще, кубит, будет представлять собой линейную комбинацию состояний классического бита.

— И как вы это обходите? — спросила Светлана, отстукивая клавишами.

— Еще в восьмидесятом году Юрий Манин предположил, что для кубита можно создать некий алгоритм, который превратит квантовый шум из препятствия в новую сверхэффективную систему вычислений. Но он был молодым и русским, так что никто к нему особенно не прислушался. Зато Ричард Фейнман привел достаточно убедительные аргументы в пользу того, что квантовая машина не только возможна, но и благодаря принципу суперпозиции состояний квантовых битов будет несоизмеримо мощнее классических.