Александр Цихилов - Блокчейн. Принципы и основы

технологического процесса. По крайней мере, компания Samsung уже

использует эту технологию в своих смартфонах, в то время как компания Intel все еще продолжает делать процессоры для персональных компьютеров по

технологии 14 нм. В любом случае технология изготовления транзистора

постепенно приближается к атомным размерностям, при том, что одного атома

явно недостаточно, чтобы из него сделать транзистор.

Последние новости из мира науки сообщают, что ученым удалось создать

транзистор всего из семи атомов, и уменьшать это число далее уже едва ли

возможно. Дело в том, что размер одного атома кремния оценивают в 0,2

нанометра, но одновременно с этим считается, что из-за физических

ограничений минимально возможный размер затвора кремниевого транзистора

составляет 5 нанометров. О чем это говорит? О том, что небезызвестный закон

Мура, согласно которому производительность процессоров удваивается

каждые 18 месяцев, практически достиг своего физического предела. Что, в

свою очередь, отразится на максимально возможной вычислительной

мощности компьютеров, которая также перестанет пропорционально

увеличиваться, как это происходило ранее. В результате прогресс во взломе

криптостойких алгоритмов шифрования постепенно сойдет на нет, и все

текущие проекты, построенные на базе этих алгоритмов, смогут наконец

почувствовать себя в безопасности. Однако так ли это на самом деле?

Если классическая технология создания компьютеров упирается в свой предел

развития, значит, следует искать решения по дальнейшему увеличению

производительности в принципиально новых научно-технологических

направлениях. Наиболее перспективной областью в части поиска

возможностей для существенного роста производительности вычислений в

настоящий момент считаются так называемые квантовые компьютеры.

Квантовые компьютеры — это вычислительные устройства, существенно

отличающиеся от привычной для нас архитектуры двоичной логики. В

классическом представлении мельчайшая ячейка памяти, называемая битом, может принимать устойчивые значения либо нуля, либо единицы. В квантовом

же компьютере биты имеют квантовую природу и называются «кубитами». В

роли таких кубитов могут выступать, например, направления спинов

субатомных частиц, а также различные состояния внешних электронов или

фотонов. Чтобы не углубляться в основы квантовой механики, мы не станем

подробно рассматривать физическое устройство квантового компьютера, а

отметим лишь некоторые свойства, отличающие его от компьютера

классического.

В 1931 году австрийский физик Эрвин Шредингер предложил мысленный

эксперимент, в котором он помещал условного кота в стальную камеру, где

находилось устройство с радиоактивным атомным ядром, а также колба с

ядовитым газом. По условиям эксперимента атомное ядро в течение часа

может ожидать распад с вероятностью 50%. Если это происходит, то

срабатывает механизм, разбивающий колбу, после чего кот погибает. Но если

распад ядра все же не случился, тогда кот остается цел и невредим. Смысл

этого эксперимента в том, что внешний наблюдатель никогда точно не знает, распалось ли ядро и жив ли кот, до тех пор, пока не откроет сам ящик, а до

этого момента считается, что кот и жив, и мертв одновременно.

Понятно, что ни одна сущность в нашем мире не может находиться в двух

разных состояниях в один и тот же момент времени. Поэтому правильнее было

бы сказать, что кот находится в так называемом состоянии «суперпозиции», в

котором все возможные варианты состояния принимаются с различной

степенью вероятности. При этом сумма вероятностей всех возможных

состояний обязательно должна быть равна 100%. То же самое можно отнести

и к принципу работы кубита квантового компьютера — он таким же образом

может находиться в состоянии суперпозиции, принимая одновременно

значения логического нуля и единицы. До момента непосредственного

измерения состояния кубита его точное значение наблюдателю неизвестно, а

после измерения и получения результата кубит сразу же фиксируется в

однозначном состоянии нуля или единицы. Это на первый взгляд странное

свойство кубитов оказалось очень полезным в организации параллельных

расчетов сложных вычислительных задач, включая криптографические

алгоритмы.

Еще одна интересная особенность кубитов состоит в том, что вместе они могут