Коллектив авторов - На что похоже будущее? Даже ученые не могут предсказать… или могут?

Пока одни исследователи никак не могут свыкнуться со странностями квантовой физики, другие воспринимают их как данность и берутся за решение новых задач. Их интересует, можно ли поставить квантовые эффекты на службу людям, создать новые технологии, реализуя потенциал, заложенный в странных предсказаниях квантовой физики. Идей у них немало. Одна из них, например, связана с созданием нового поколения датчиков, способных с беспрецедентной точностью определять электромагнитные поля или даже измерять саму силу притяжения (одно из возможных применений — поиск трубопроводов под землей). В числе других вариантов использования — квантовая криптография, которая позволит нам безопасно общаться друг с другом, зная, что на страже нашего покоя стоят сами законы физики, гарантирующие, что никто и никогда не сможет узнать содержание нашей переписки.

Во всех приведенных примерах используются захватывающие технологии, которые имеют все шансы оказать существенное влияние на нашу жизнь. Однако, как мне кажется, именно квантовые вычисления — та технология, которая принесет с собой наиболее радикальные (и при этом трудно поддающиеся осознанию) изменения. Поэтому позволю себе пояснить более подробно, в чем заключается ее новизна и сила.

Квантовая механика объясняет, как из движения атомов и взаимодействий между ними рождаются все известные нам свойства материи во Вселенной, включая цвет объекта, его прочность, тепло- и электропроводимость. Она также объясняет, как в результате взаимодействия атомов в нашем организме мы получаем возможность видеть, ощущать запахи и вообще взаимодействовать с миром вокруг нас. Это невероятно мощная теория.

Но есть одна большая проблема: квантово-механические процессы чрезвычайно трудно описывать и рассчитывать с помощью обычных компьютеров. Более того, большинству современных компьютеров просто-напросто не по зубам практически любая проблема из области квантовой механики, так как для проведения вычислений в рамках квантовой физики с высокой степенью точности требуется колоссальная вычислительная мощь. На поиск решения многих по-настоящему интересных проблем с помощью классических компьютеров уйдут миллиарды лет. Поэтому работа ученых по всему миру сегодня по большому счету сводится к созданию таких крайне упрощенных моделей квантовых процессов, чтобы их можно было обсчитывать на существующих компьютерах. Однако, если сравнивать с точным решением соответствующей задачи квантовой физики, расчеты, выполненные по таким неизбежно упрощенным моделям, никогда не дают точной картины исследуемых процессов. Это, в свою очередь, означает, что мы упускаем колоссальные возможности — ведь мы могли бы разработать новые лекарственные препараты, создать новые материалы, понять, как происходит фолдинг белка, а также контролировать и понимать биологические процессы. И это только начало списка возможных вариантов применения! Решение таких проблем может быть по плечу квантовому компьютеру, так как сам принцип его работы напрямую связан с причудливыми особенностями квантовой механики, что обеспечивает возможность точного моделирования сложных систем, основанных на квантовой физике! Мы только начинаем осознавать, насколько революционными могут быть последствия внедрения квантовых компьютеров. Возможно ли сейчас ответить на вопрос о том, к каким прорывам в понимании физических систем и контроле над ними может привести применение квантовых компьютеров? К сожалению, мы можем только предполагать. Впрочем, с помощью квантовой физики вполне реально объяснить работу любой физической системы и различные ее особенности. Не нужно иметь научную степень по физике, чтобы понять таящиеся в ней поистине безграничные возможности. Более того, ничего похожего на квантовые компьютеры для осмысления реальности до сих пор никогда не использовалось, а значит, они способны радикально изменить наше понимание Вселенной и даже самой жизни.

Звучит захватывающе! Однако есть еще одна сфера применения квантовых компьютеров, которая может иметь не менее серьезное влияние на нашу жизнь. Чтобы понять, о чем идет речь, лучше всего начать с небольшого рассказа о том, как работают классические вычислительные системы. Все последние 30 лет вычислительная мощь компьютеров непрерывно растет, приблизительно удваиваясь каждые 18 месяцев. Эту закономерность называют «законом Мура». Главным фактором этого роста является миниатюризация транзисторов, из которых состоит процессор компьютера. Казалось бы, такое непрерывное наращивание вычислительной мощи не может не впечатлять. Однако некоторые задачи настолько сложны, что даже лучшим из существующих сейчас компьютеров понадобится слишком много времени, чтобы справиться с ними. В качестве примеров таких задач можно привести прогнозирование погоды и определение оптимальной стратегии инвестирования на рынке ценных бумаг для получения максимальной прибыли. Еще один возможный вариант применения — расчет оптимального маршрута, который бы позволил курьерской компании доставить сразу несколько посылок по разным адресам за одну поездку. С ростом степени сложности задач (увеличением числа доставляемых отправлений или временного диапазона при построении прогноза погоды) увеличивается и количество параметров, необходимых для моделирования.