Знание - сила, 2003 № 06 (912)

Облако из атомов лития, натрия, калия, рубидия и цезия удалось сформировать в колонку толщиной в один атом, то есть одномерный газ. Охлажденный до одной двадцатипятимиллионной градуса выше абсолютного нуля, он превращается в конденсат Бозе — Эйнштейна и перемещается по проводнику в магнитном поле без каких-либо вибраций. Следующая задана — построение квантовой цепи, в которой перемещаются цепочки атомов, контролируемые магнитными полями.

Экспериментальное создание квантовых цепей — важнейший шаг на пути построения компьютера, основанного на квантовой механике.

Другим важным направлением исследований в области квантовых вычислений является разработка алгоритмов, основанных на особом механизме квантовых вычислений. Как показали исследования последних 10 —15 лет, квантовый компьютер способен решать отдельные задачи успешнее классического. Самый яркий пример — алгоритм 1994 года Питера Шора (США). Известно, что современная криптография, обеспечивающая защиту информации, основана на простом факте: чтобы «вскрыть» секретный код, подобрать ключ, необходимо знать разложение очень длинного (на практике составляющего сто и более цифр) десятичного числа на два множителя. Оказывается, при использовании классических алгоритмов разложения эта задача является «не решаемой». Другими словами, на классическом компьютере на «вскрытие» кода, то есть на разложение на множители длинного числа, скажем, со 150-ю цифрами, потребуется непомерно много времени, а квантовый компьютер, эквивалентный по производительности современному персональному компьютеру, сможет решить такую задачу за секунды. А это очень большая разница. Американский ученый Умеш Вазирани привел такой пример: представьте себе, что каждая элементарная частица нашей Вселенной является современным классическим компьютером.

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».