Квантовый компьютер

Евгений Firstborn Рогов

Спецвыпуск: Хакер, номер #055, стр. 055-068-5

Так что, как ни странно, все эти теоретические выкладки, в высшей мере интересные с точки зрения перспектив использования квантового компьютера, обретают вполне реальный физический смысл, что в свою очередь означает, что соорудить квантовый компьютер вполне реально! Конечно, проблем на этом пути хватает, как исключительно технических, так и принципиальных: кубит - это всего лишь спин, но чей? То есть какую частицу выбрать для нашего квантового вычислителя? И как мы будем на этот спин влиять? А как считывать? Впрочем, кроме проблем и вопросов на поприще практической реализации сумасбродных идей о квантовых вычислениях есть и совершенно осязаемые достижения, которые сейчас и опишу.

Возможны варианты

Итак, из чего бы нам слепить квантовый компьютер, хотя бы даже и простенький - для начала из пары-тройки кубитов? Есть мнение, что прототип примитивного квантового компьютера уже давно существует, только мы об этом раньше как-то не догадывались. Этот прототип - импульсный ядерный магнитно-резонансный спектрометр высокого разрешения. Такие агрегаты используют для изучения отдельных молекул и взаимодействия составляющих их атомов. Занятно, что ядро каждого атома, входящего в состав некоторой молекулы, имеет свой спин, а для этого слова у тебя уже должна была выработаться стойкая ассоциация: где спин, там возможность реализовать кубит! Более того, в ЯМР-спектрометре у нас есть возможность индивидуально воздействовать на спин каждого из атомных ядер, просто потому что каждое ядро имеет свою резонансную частоту в магнитном поле, то есть мы можем управлять квантовым компьютером при помощи импульсов переменного магнитного поля. Правда, при таком подходе пока не удается работать более чем с пятью-семью спинами, так что вычислитель получается хиленький... Но это как посмотреть! Он же работает! Кстати, именно по принципу ЯМР в лабораториях IBM не без помощи ученых из Стэнфорда под конец 2001 года построен первый в мире реально работающий квантовый компьютер: этот монстр аж на семи кубитах уже сумел разложить на множители число 15 с помощью алгоритма Шора, и ты не поверишь, но у него все получилось - 15=5*3!

Есть и другой вариант - с использованием так называемых ионных ловушек. Суть метода заключается в том, что изготавливается хитрый одномерный ионный кристалл (сейчас уже умеют делать такие кристаллы длиной до 30-ти ионов), который подвешивается во внешнем поле. Дальше все понятно: каждый ион имеет свой спин и будет работать кубитом. Кубиты в кристаллической решетке связаны между собой, плюс каждый из узлов этой решетки имеет свой резонанс - вот тебе и теоретическая возможность создать квантовый вычислитель аж на трех десятках кубитов, да еще и с перспективами дальнейшего роста производительности. Над реализацией этого метода усердно трудятся в Инсбрукском университете (Австрия) и в Лос-Аламосских лабораториях (США), однако о каких-либо вычислительных свершениях тамошних компьютеров пока не сообщается. Зато уже совершенно точно известно, что такая установка с ионными ловушками будет стоить порядка миллиона зеленых президентов.