Квантовые ужасы

Tony

Спецвыпуск Xakep, номер #038, стр. 038-094-2

Бит, нет, кубит

Итак, классический компьютер оперирует битами – сущностями, находящимися всегда в двух состояниях - 1 и 0. Каждый бит представлен некой физической реализацией из проводников, полупроводников и прочих схематических элементов, т.е. бит это макросистема. Прогресс, который мы, к счастью (а может быть и к несчастью), наблюдаем, заключается в уменьшении размеров каждой этой макросистемы и в увеличении количества взаимодействующих макросистем. Но рано или поздно уменьшение технологического процесса (сейчас он уже переваливает 0,1-микронный предел, а это размер порядка 500 атомов) создания полупроводниковых приборов приведет к тому, что размеры компонент макросистемы приблизятся к размерам атомов. По некоторым оценкам, это произойдет через 20-30 лет. Что тогда будет? Классические компьютеры не смогут развиваться в сторону уменьшения технологического прогресса (просто уменьшаться будет уже некуда), и инженерам придется лишь увеличивать количество взаимодействующих устройств, увеличивая систему вширь, а не вширь и вглубь, как это происходит сейчас. Иначе говоря, наступит насыщение, или существенная остановка прогресса в области классических компьютеров. С другой стороны, уменьшение технологии вплоть до атомных размеров позволит создавать приборы, работающие на принципиально новом уровне – квантовом.

В отличие от классического компьютера, квантовый оперирует кубитами – квантовыми битами (q-bit). Самое важное, что надо понять - это то, что кубит, так же как и бит, имеет состояния 1 и 0, и это базисные кубитные состояния. Однако кубит может принимать и другие значения, быть, например, наполовину 1 и наполовину 0. Прочие состояния кубита являются суперпозицией его базисных состояний, или, если выражаться по-человечески, его состояние можно выразить через комбинацию базисных состояний. Теперь представь, что у тебя не 1 кубит, а скажем 8, эдакий кубайт (стоит оговориться, что в серьезной научной литературе такого термина не существует, и я выдумал его лишь для того, чтобы облегчить для тебя понимание всей этой квантовой ахинеи). Базисными состояниями твоих кубитов будут 256 различных состояний, т.е. состояние кубайта будет описано суперпозицией 256 компонент. Также существуют такие суперпозиции, которые нельзя представить в виде произведения, эти комбинации называются запутанными, и они играют значительную роль в квантовых вычислениях. Вычислительный процесс, реализуемый этой системой - это ее эволюция во времени. В ходе этой эволюции одновременно изменяются все компоненты суперпозиции системы. Тебе это ничего не напоминает? Одна команда, но много данных…