В 2016 г. нобелевскую премию по физике получили британские ученые Дэвид Таулесс, Дункан Холдейн и Майкл Костерлиц за исследование, приблизившее человечество к созданию сверхмощного вычислительного устройства — квантового компьютера.
В этом году Нобелевской премией наградили за исследование новых квантовых связей. Название премии звучит следующим образом — «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз вещества».
На первый взгляд кажется, что никакой практической пользы набор этих заумных слов принести не может. Но, оказывается, что трое британцев сделали почти непостижимое — они доказали, что внутри некоторых материалов наблюдаются странные состояния. Ученые из Великобритании применили математические методы для описания явлений сверхпроводимости и сверхтекучести в тонких проводящих пленках. Как говорится в пресс-релизе Нобелевской премии, «ученые открыли дверь в мир необычных состояний материи».
С точки зрения топологического подхода ученых, сушка и кружка — это одно и то же, ведь и там, и там есть только один разрыв непрерывности. Но немецкий крендель-претцель не имеет ничего общего с сушкой, зато он аналог очков: и у немецкого кренделя, и у очков по две дырки — разрыва поверхности. Ученые, которые стали лауреатами в этом году, использовали схожий топологический подход для физических исследований, и доказали, что изменения проводимости в тонких проводящих слоях и магнитных цепочках внутри материалов зависят от топологии и могут оставаться неизменными при деформациях. А это позволит создать новые поколения электроники и сверхпроводников для конструирования квантовых компьютеров.
Польза квантового компьютера для человечества
Тема квантового компьютера заполнила интернет-пространство, но мало кто всерьез понимает, как новое поколение техники повлияет на повседневную жизнь, и повлияет ли вообще.
Для начала, разберемся в главных отличиях обычных современных компьютеров и квантовых. Ученые, занимающиеся исследованиями элементарных частиц, доказали, что квантовый объект способен находиться сразу в нескольких местах одновременно. Именно это позволяет достигать сверхскоростного вычисления: каждый квантовый объект может выполнять не одно задание, а сразу миллиарды.
Наши с вами ПК при вычислениях руководствуются двумя состояниями — нулем и единицей. А вот составляющая квантового компьютера — кубит — способен поворачиваться куда угодно, в зависимости от того, какая доля нуля и единицы есть в его состоянии.
Ученые-физики уверены, что создание квантовых компьютеров спровоцирует настоящую революцию: они сделают возможным появление полноценных систем искусственного интеллекта, сверхмощных нейронных сетей, виртуальных помощников, владеющих любым языком, и надёжных самоуправляемых автомобилей. Они облегчат нашу жизнь абсолютно во всех сферах: в промышленности, медицине и повседневно жизни.
Прототипы квантовых компьютеров уже есть у IBM и Google, а в ноябре 2016 г. компания Microsoft создала целое подразделение, которое будет заниматься созданием таких устройств.
Квантовый компьютер IBM
Компании IBM удалось создать собственную квантовую микросхему, достигающую 5 кубит, и запустить собственный облачный сервис вычислений на основе квантового компьютера. Свой компьютер под названием IBM Quantum Experience компания «выложила в облако» и открыла бесплатный доступ для исследователей (чтоб получить доступ к квантовым вычислениям, следует подать заявку на официальном сайте и дождаться ответа).
Сам квантовый компьютер выглядит очень грозно. IBM показала устройство лаборатории в 360-градусном видео.
Квантовый компьютер Google
В 2013 г. Google купила квантовую машину у D-Wave. Компьютер поставили в Исследовательском центре Эймса NASA в Маунтин-Вью, штат Калифорния. На протяжении двух лет сотрудники Google пытались доказать, что данное устройство действительно использует квантовые методы передачи информации.
В 2015 в компании заявили, что у них есть доказательства. Было проведено сравнение производительности машины D-Wave и обычного компьютера с одним процессором. Для этого ученые подготовили специальное задание, цель которого — доказать значительное превосходство по вычислительным способностям. В итоге квантовый компьютер справился с ним в 100 млн. раз быстрее обычного.
Компьютеры D-Wave используются компанией в редких случаях. Специалисты Google продолжают искать новые возможности усовершенствования квантовых компьютеров, так как сейчас D-Wave крайне дороги, требуют крупные объёмы жидкого азота для охлаждения и не универсальны.
Квантовый компьютер от Microsoft
В ноябре 2016 г. компания Microsoft также приступила к созданию сверхмощного вычислительного устройства. Финансировать данный проект начали еще в 2005 г., создав научно-исследовательскую лабораторию Station Q под руководством математика Майкла Фридмана.
Сейчас компания находится на этапе, близком к созданию первого кубита — строительного кирпичика, из которого можно будет собрать полноценный квантовый компьютер. «После того, как мы получим первый кубит, у нас будет дорожная карта, которая позволит создать тысячи кубитов довольно простым способом», — сообщил глава проектов по усовершенствованию технологий квантовых вычислений Microsoft Тодд Холмдал.
Сейчас теория квантовой информации находится на первой ступени своего развития. Но, как уверяют нобелевские лауреаты Дэвид Таулесс, Дункан Холдейн и Майкл Костерлиц, уже в ближайшие 20 лет мы станем свидетелями запуска первых квантовых устройств. Ученые-физики пока только теоретически, но уже проектируют квантовые устройства, которым не нужно таких огромных помещений и резкого понижения температур. По оценкам ученых, с их помощью в будущем мы сможем не только улучшить свой быт, но и разгадать загадки о происхождении Вселенной.
