Знание - сила, 2003 № 06 (912)

Тогда, чтобы разложить на множители дветысячизначное число с помощью всех таких компьютеров, одновременно работающих на полную мощность, не хватит всего времени жизни Вселенной! Для алгоритма Шора это займет менее часа на одном квантовом компьютере.

Когда Шор показал, что квантовый компьютер способен легко взломать любые, ныне «безопасные» коды за короткое время, то фирмы, занятые компьютерной безопасностью, криптографией, начали серьезно воспринимать и финансировать исследования по квантовым вычислениям. Существуют и другие квантовые алгоритмы, хотя их пока еще очень мало, которые существенно лучше классических.

Говорить о самой квантовой машине как таковой пока рано, когда она будет создана — непонятно. Тем не менее лаборатории строят экспериментальные модели квантовых компьютеров, основанные на ядерно- магнитном резонансе и ионных ловушках. Уже созданы системы из нескольких квантовых битов.

Владимир Гердт - доктор физико-математических наук, профессор, начальник сектора Лаборатории информационных технологий СИЯИ (Дубна)

Новости из Интернета. IBM продемонстрировала использование созданного в лабораториях компании семикубитового квантового компьютера. Хотя решенная им задана вряд ли способна поразить воображение (компьютер верно определил, что делителями числа 15 являются числа 3 и 5), это самое сложное вычисление за всю историю квантовых компьютеров. Компьютер, созданный группой ученых из IBM и Стэнфордского университета, представляет собой пробирку с миллионами молекул, имеющих семь ядерных спинов. Он может быть «запрограммирован» при помощи электромагнитных импульсов разной частоты, а для получения результатов работы устройства используется ЯМР-сканер.

Исследователи Висконсинского университета (США) добились успеха в моделировании архитектуры квантового компьютера и утверждают, что современный уровень технологий позволяет воплотить идеи в железе. В качестве квантового бита будут использоваться электроны, находящиеся в квантовых зонах полупроводников. В зависимости от спина электрона определяется значение бита — 0 ши I. Проблемы квантовых операций — высокая чувствительность к повышению входного напряжения и требование однородности структуры, ведь для нормальной работы квантового процессора потребуется свыше миллиона битов электронов. Но, по мнению исследователей, существующее оборудование для кремниевого производства можно использовать для производства квантовых компьютеров.

Квантовый компьютер является по самой своей природе вероятностным, не детерминистским, как классический компьютер. Сам процесс квантовых вычислений — временная эволюция состояний кубитов — описывается уравнением Шредингера, а вывод результата представляет собой физический процесс «измерения».

При этом разработка квантовых алгоритмов опирается на совсем иные математические методы и интуицию, чем разработка классических алгоритмов. Пока же в учебных курсах по информатике квантовую механику не только не рассматривают, но даже и не осознают потенциальной необходимости такого рассмотрения. Однако в любом случае, даже безотносительно к судьбе квантовых компьютеров, уже сама дальнейшая миниатюризация элементной базы классических компьютеров заставит включить в курсы компьютерных специальностей достаточно серьезное изучение квантовой механики, и, на мой взгляд, чем раньше это будет сделано, тем лучше.

Говоря о современном компьютерном образовании во всем мире, я хотел бы отметить, что, на мой взгляд, математика и особенно логика изучаются весьма поверхностно. В мире создаются очень сложные программы и системы, которые требуются для обработки колоссальных массивов данных, интернет-технологий, распределенных вычислений, создания больших программных комплексов управления сложнейшими объектами, моделирования приборов и диспетчеров в авиаперелетах и так далее. Для создателей этих программ главное — надежность. Она всегда основывалась на верном следовании хорошим эмпирическим правилам. Сбой в работе таких программных комплексов — это катастрофа. Как проверить правильность их работы?

С точки зрения современных технологий, для правильной проверки необходимо использовать математическую логику. При отладке, верификации сложнейших программных систем логика И1рает фундаментальную роль. В конце октября прошлого года в Линце проходил конгресс «Логика. Компьютинг. Математика», посвященный юбилею одного из крупнейших современных специалистов во всех трех областях — австрийского ученого Бруно Бухбергера, который неоднократно бывал у нас в Дубне. Там отмечалось возникновение глубокого кризиса: разрабатываются огромные программные комплексы, а при этом у специалистов, занимающихся их отладкой, отсутствуют глубокие знания по математической логике. Именно только логический анализ всей совокупности программ и подпрограмм, знание логики всего хода вычислений позволят реально создать надежный программный продукт. Остальное — эффект опыта. Но если работать на одном опыте, на тестах, тогда вам ничего не будет гарантировано, особенно при постоянном все большем усложнении программного обеспечения.