При этом рынок уже учится применять квантовые вычисления. В логистике их используют для маршрутизации транспорта и составления расписаний. В финансах – для оценки рисков, оптимизации инвестиционных портфелей и кредитного скоринга. Компании промышленного сектора проводят эксперименты по использованию квантовых компьютеров для моделирования новых лекарств и сборки геномов, оптимизации энергосетей, разработки новых материалов, аэро- и гидродинамических расчетов.
Появление мощных квантовых компьютеров бесповоротно изменит будущее человечества. За технологическим переворотом придут масштабные изменения в жизни общества и культуре. Какими будут эти изменения, мы пока не представляем, но жизнь точно не останется прежней.
Руслан Юнусов,
сооснователь Российского квантового центра
Часть I
Рождение квантовых компьютеров
Глава 1
Конец эпохи кремния
Революция начинается.
В 2019 и 2020 гг. в мире науки произошли две сенсации. Две группы объявили о достижении ими квантового превосходства – то есть той исторической точки, в которой принципиально новый тип компьютера, известный как квантовый компьютер, может убедительно превзойти по производительности обычный цифровой суперкомпьютер в решении определенных задач. Это возвестило о начале переворота, способного изменить весь ландшафт мира информационных технологий и серьезно повлиять на нашу повседневную жизнь во всех ее проявлениях.
Сначала компания Google сообщила, что ее квантовый компьютер Sycamore способен за 200 секунд справиться с математической задачей, на решение которой самому быстрому суперкомпьютеру в мире потребовалось бы 10 000 лет. Судя по статье в журнале MIT Technology Review, Google назвала это крупным прорывом. Она сравнила это событие с запуском первого спутника или первым полетом братьев Райт. Это был «порог новой эпохи машин, по сравнению с которыми самый мощный сегодняшний компьютер будет выглядеть как обыкновенные счеты»{1}.
Затем Институт квантовых инноваций Китайской академии наук пошел еще дальше. Тамошние ученые заявили, что их квантовый компьютер в 100 триллионов раз быстрее обычного суперкомпьютера. Вице-президент IBM Боб Сутор, комментируя стремительный взлет квантовых компьютеров, заявляет невозмутимо: «Думаю, это станет важнейшей вычислительной технологией текущего столетия»{2}.
Квантовый компьютер называют «предельным», или «абсолютным», компьютером и считают судьбоносным технологическим скачком, несущим кардинальные изменения всему миру. Вместо того чтобы выполнять вычисления на крохотных транзисторах, он проводит их на мельчайших объектах – на самих атомах – и потому способен легко превзойти по мощности наш лучший суперкомпьютер. Квантовые компьютеры могут стать проводниками в совершенно новую эпоху для экономики, общества и нашего образа жизни.
Но квантовый компьютер – нечто большее, чем просто очередная более мощная вычислительная машина. Это компьютер нового типа, способный справляться с задачами, которые цифровые компьютеры не могут решить в принципе, даже за бесконечное время. К примеру, цифровые компьютеры не в состоянии точно рассчитать, как атомы взаимодействуют между собой в процессе важнейших химических реакций, особенно тех, что делают возможной жизнь. Цифровые компьютеры могут считать только на цифровой ленте, состоящей из последовательности нулей и единиц, которые слишком примитивны, чтобы описать тонкие волны электронов, танцующих глубоко внутри молекулы. К примеру, при скучном расчете траектории движения мыши в лабиринте цифровому компьютеру приходится кропотливо анализировать все возможные маршруты один за другим. Квантовый же компьютер