Квантовый компьютер

Евгений Firstborn Рогов

Спецвыпуск: Хакер, номер #055, стр. 055-068-4

Едем дальше. Следующий пример, в отличие от двух предыдущих, имеет мало общего с повседневной жизнью информационного сообщества, однако есть смысл рассмотреть его хотя бы потому, что именно его идея легла в основу развития квантовых вычислений и квантовых компьютеров почти полвека тому назад. Итак, в 1958-м году американский физик Ричард Фейнман, известный всем студентам-физтеховцам по более чем популярному курсу "Фейнмановские лекции по физике", занимался своим любимым делом. Нет, не в тетрис играл. Фейнман занимался компьютерным моделированием квантовых процессов. Однако это у него не слишком хорошо получалось, потому что для моделирования квантовой системы с тысячей электронных спинов (что это такое, ты узнаешь, например, полистав на досуге восьмой и девятый том тех самых Фейнмановских лекций по физике) понадобилась бы огромная куча переменных, аж два в степени 1000! К слову, один гигабайт - это всего лишь два в степени тридцать байтов, так что и современных машин не хватит для того, чтобы по-честному моделировать относительно небольшие квантовые системы. И вот тогда-то Фейнману и пришло в голову, что если задача, над которой он бьется, настолько нетрадиционна, то и решать ее стоит именно нетрадиционными средствами, оставив в покое маломощные классические компьютеры. Так в ученые головы и запала идея о необходимости создать вычислитель, основанный на принципах квантовой физики.

Физика

Вот, наконец, мы и подобрались к физике всего этого дела. Оказывается, наше "чисто теоретическое" построение, кубит, ведет себя точно так же, как спин элементарных частиц, квантовомеханическое понятие, теряющее смысл при переходе к классической физике. Так. Стоп. Положи книжку Фейнмана на место, лучше прочитай, как я на пальцах объясняю, что такое спин.

Если быть кратким, то у каждой элементарной частицы (например электрона) имеется некоторая характеристика, описывающая ее собственный, то есть не связанный с движением частицы в пространстве, момент. Человек несведущий мог бы почувствовать себя сухо и комфортно, подумав, что собственный момент частицы есть результат ее вращения вокруг собственной оси, однако мы, доблестные квантовые механики, отнюдь не ищем легких путей! И поэтому мы ехидно замечаем следующий факт: электрон есть элементарная частица, не обладающая размерами. То есть он есть, но размеров у него нет. Это просто точка с кучей характеристик, в том числе и с собственным моментом, а как говорить о вращении вокруг собственной оси частицы, у которой даже размера нет? Нонсенс, однако. Так что собственный момент частицы полностью вообще не имеет смысла в классической физике, и забудем об этом. Да, кстати, спин - это и есть собственный момент элементарной частицы, вот так.