Механика, кремний или кванты?

Юрий Свидиненко

Хакер, номер #096, стр. 096-054-6

Квантовые компьютеры оперируют квантовыми битами (qubits), или кубитами. Обычный бит - это классическая система, у которой есть только 2 возможных состояния. Можно сказать, что пространство состояний бита - это множество из двух элементов, например из нуля и единицы. Кубит же - это квантовая система с двумя возможными состояниями. Имеется ряд примеров таких квантовых систем: электрон, у которого спин может быть равен либо 1/2, либо -1/2 , или атомы в кристаллической решетке. Поэтому кубиты могут иметь большее множество состояний, чем традиционные биты, благодаря чему квантовые компьютеры способны обрабатывать много параллельных процессов одновременно. И основная сила квантовых систем именно в этой параллельности протекающих в них процессов. Один простенький компьютер «на квантах» будет в состоянии работать одновременно над неограниченным количеством задач.

Связано это с фундаментальным устройством нашего с тобой мира. Если заглянуть поглубже в мир квантов, то можно увидеть целый скоп потенциально возможных состояний системы кубитов, которые и будут использоваться при расчете той или иной задачи. Это состояние называется «запутывание» (entanglement). Другая отличительная черта квантовых компьютеров – явление квантовой телепортации информации. Уже в 1993 году ученый Ч. Беннетт обнаружил, что теоретически возможно использовать запутывание кубитов передачи информации (телепортации) неизвестного для отправителя A квантового состояния двухуровневой системы к получателю B без реального перемещения самого элемента!

Эта мысль стала далее основной для развития принципиально нового метода секретной передачи информации. Перечень возможных приложений запутанного состояния кубитов уже достаточно велик. Оно является одним из корней ожидаемых успехов квантовых вычислительных процессов, поскольку открывает принципиально новые возможности кодирования информации.

Для взлома тут, конечно, перспективы сумасшедшие – квантовый компьютер способен за мизерное время перебрать миллиарды комбинаций. Да и не перебрать вовсе – они будут просто находиться в нем «изначально» благодаря квантовому запутыванию.

Кроме счетных устройств, квантовые системы могут использоваться в хранении данных. Причем в роли битов выступают отдельные атомы. Недавно атомную стек-память представили ученые из Университета Бонна в Германия. С помощью двух направленных лазерных лучей они создали обособленный ряд из отдельно стоящих атомов цезия. Для того чтобы синтезировать такую экзотическую структуру, ученые должны были поймать и охладить атомы цезия до субмилликельвиновых температур в вакууме. Потом исследователям удалось выстроить их в одну горизонтальную линию в волновой ловушке оптических диполей, образованной двумя лазерными лучами.