Знание-сила, 2007 № 09 (963)

Подобные вычислительные устройства, подчеркнул Херб Мартин, представляя свой компьютер, наиболее подходят для решения сложных математических задач, требующих многократно повторяемых параллельных вычислений, например задач из области комбинаторной математики или задач по расчету поведения систем, содержащих множество элементов. Их можно использовать также в финансовой сфере, например для моделирования курса акций.

Квантовый компьютер Херба Мартина пока выполняет операции ничуть не быстрее традиционных компьютеров. Однако уже в следующем году фирма «D-Wave-Systems» обещает представить сверхпроводящий микрочип, который будет обрабатывать тысячу q-битов. Если удастся добиться его устойчивой работы, нас ожидает важный технологический прорыв.

Пока что квантовые компьютеры настолько чувствительны, что их работу необычайно трудно контролировать. Любое взаимодействие с окружающей средой может разрушить квантовое состояние, и тогда накопленная информация будет утрачена. Удастся ли нам приноровиться к подобным странностям квантового мира, обуздать их — покажет будущее, возможно, совсем близкое.

Квантовый путь в новую эру

Впервые об истории квантовых вычислений и перспективах квантовых компьютеров начальник сектора Лаборатории информационных технологий Объединенного института ядерных исследований в Дубне В.П. Гердт рассказал нашим читателям четыре года назад («О квантовом компьютере и национальных традициях» «З—С», № 6, 2003 год). Поскольку эта тема не только не исчерпала себя, а, напротив, продолжает бурно развиваться, мы решили к ней вернуться и вновь обратились к Владимиру Петровичу.

В прошлый раз мы говорили о квантовых вычислениях как об очень перспективной модели вычислений, основанной на квантовой механике, и о квантовых компьютерах, которые могут, если они будут построены, решать целый ряд задач гораздо эффективнее всех существующих ныне компьютеров. Сейчас это направление активно прогрессирует во всем мире, исследования ведутся во многих центрах, есть определенные достижения, но пока не совсем ясно, будут ли построены реальные квантовые компьютеры, способные решать задачи быстрее всех существующих классических компьютеров, так как здесь есть ряд физических проблем.

Кстати, недавно канадская фирма «D-Wave-Sistems» публично провела в Силиконовой долине, Калифорния, презентацию работы квантового компьютера на 16 кубитах, названного создателями «Орион», и заявила о планах построить к концу 2008 года компьютер с 1024 кубитами. При этом, однако, многие специалисты относятся к этим результатам и заявлениям скептически, поскольку по данной работе не было ни одной публикации в научной печати и, соответственно, обсуждения среди экспертов. Поэтому не исключено, что во время презентации демонстрировался все же не «истинный» квантовый компьютер вычислительный прибор, который если и использует квантовомеханические явления, то лишь частично.

Квантовой информации не существует. Есть только квантовый способ работы с информацией.

Физика — в основе всего

Сегодня же я хотел бы рассказать о новой области, связанной с квантовыми вычислениями, — квантовой информатике. Классическая теория информации была разработана в конце 1940-х годов Клодом Шенноном. Сегодня общество становится все более и более информационным. В развитых странах половина, если не более, населения занята в сфере информационных технологий и коммуникаций. Передача информации — это физический процесс и переносят информацию физические объекты, а об этом часто забывают. Классические биты задаются физическими носителями информации: конденсаторами, намагниченными элементами или другими носителями. Таким образом, в основе теории информации на самом деле лежит физика.

Для того чтобы решать информационные задачи эффективно, нужно, во-первых, выбрать носители информации — в чем кодировать информацию, какими физическими элементами. Во-вторых, определить, как эту информацию обработать, то есть сжать, например, или архивировать. Затем передать информацию и последнее — восстановить ее.

Во время передачи информации возникают шумы, побочные явления, которые могут воздействовать на информацию. В классической информатике с этим научились бороться с помощью той же теории Шеннона. Она работает везде: при передаче телевизионного сигнала, в мобильной связи, в других областях. Таким образом, задача ставится так: нужно передать определенное количество информации, удовлетворив при этом определенным критериям. А критерии такие: передать информацию так, чтобы получатель смог восстановить все нужные свойства. Например, если информация голосовая, то он должен распознать голос и восстановить всю информацию. Еще существуют критерий надежности, критерий минимальности затрат энергии и вообще затрат на передачу и другие.