Квантовые ПК: угроза или светлое будущее?

Технологии развиваются семимильными шагами и некоторые из них уже давно вызывают восторг, а другие пугают нас. Сегодня хотелось бы рассмотреть одну из таких технологий, а именно квантовые компьютеры.

Прежде чем разбираться с тем, что может дать нам квантовый компьютер сперва стоит разобраться в предыстории самой идеи его создания. Все мы так или иначе используем компьютеры, будь то громоздкие стационарные компьютеры или ноутбуки, планшеты и даже смартфоны, все эти устройства объединяет множество схожих между собой параметров, в том числе процессор. По сути процессор является мозгом всех вычислительных задач выполняемых на вашем девайсе. Процессор не единственная деталь компьютера, которая отвечает за быстродействие, каждая деталь отвечает за свою определенную задачу. Но в этой статье мы рассмотрим именно процессор, который по сути и заставил задуматься о необходимости создания нового типа машин.

Когда-то давно, не в эру динозавров конечно, но на заре компьютерных технологий в далеком 1949 была построена первая ЭВМ архитектура. Первые вычислительные машины были весьма громоздкими и занимали размеры целых комнат и стоили невероятных по тем временам денег. С течением времени технология совершенствовалась и компьютеры становились все меньше, пока не появились первые персональные ПК. В процессе уменьшения самих ПК как ни странно росла и их производительность, они становились все быстрее и каждая новая модель предлагала своим пользователям все больший набор возможностей для работы. Это было возможно за счет уменьшения того самого процессора, его тактовая частота с которой он может работать сейчас в сто тысяч раз выше чем у первых ЭВМ, несмотря на существенное снижение размеров.

Квантовые ПК: угроза или светлое будущее?
Тот самый первый ЭВМ

О размере самого процессора в свое время говорил Гордон Мур. Он одним из первых задумался над тем, что у размера самого процессора, а точнее его компонентов есть предел, меньше которого мы не сможем ничего сделать, такими ограничением он назвал размер атома и скорость света. Ведь при текущих технологиях детали процессора не может быть менее размера атома и не могут передавать информацию быстрее чем со скоростью света. Он вывел закон по которому каждые 24 месяца количество транзисторов размещаемых на кристалле интегральной схемы удваивается, а значит, что в определенный момент, наши технологии попросту не позволят разместить большее количество кристаллов на транзисторах для увеличения производительности. В определенный момент производители процессоров решили проблему созданием многоядерных процессоров, за счет чего вычисления производятся одновременно на нескольких ядрах, по сути просто на нескольких процессорах. Само понимание, того что процесс создания дополнительных ядер так же не бесконечен как и увеличение количества кристаллов заставило задуматься об альтернативных способах решения. Именно тут в игру вступает идея о квантовом компьютере.

Квантовые ПК: угроза или светлое будущее?

В чем же принципиальная разница обычного компьютера от квантового. Как все мы знаем, программы и вычисления производимые компьютерами работают по двоичной бинарной схеме которая имеет всего два значения 0 или 1. Для простоты понимания разницы работы, можно описать следующим образом, обычный компьютер в единицу времени может быть занят либо 0 либо 1 называемый битом, в то время как квантовый компьютер в тот же самый период времени может быть занять одновременно и 0 и 1, этот тип информационной единицы называют кубитом. Такой принцип квантового компьютера называется “квантовой суперпозицией”. Или другой вариант объяснения что такое суперпозиция, представьте атом, который мог бы подвергнуться радиоактивному распаду в определённый промежуток времени. Или не подвергнуться. Мы можем ожидать, что у этого атома есть только два возможных состояния: „распад“ и „нераспад“, но в квантовой механике у атома может быть некое объединенное состояние — „распада — нераспада“, то есть ни то, ни другое, а как бы между или какое-то из этих состояний может оказаться сильнее чем другое и т.д., миллионы вариантов одновременно. Описание схемы работы весьма условно, но дает достаточное понимание в принципиальной разнице работы. Для большего понимания, квантовый компьютер использует при своих вычислениях не обычные алгоритмы, а так называемые квантовые алгоритмы включающие в себя в том числе такие понятия как квантовомеханические эффекты, квантовый параллелизм и квантовую запутанность и др. Все эти понятия стали доступны с развитием все той же квантовой физики. За счет всех вышеописанных возможностей, новые типы компьютеров будут способны решать задачи на которых, нынешние компьютеры просто останавливают свою работу из-за недостатка мощности или даже сгорают от перегрузки. Для квантовых вычислений так же требуется новый язык программирования и он уже существует, называется он Quipper.

Само создание квантового компьютера с его скоростью решения тех или иных задача дает невероятные возможности во множестве областях. В медицине это позволит создавать молекулярное моделирование и химических реакций, которые по своей природе являются квантовыми, что позволит найти лекарства от неизлечимых болезней и многое другое. В IT-сфере это позволит ускорить решение вопроса машинного обучения и создания искусственного интеллекта и многих других областях. Но здесь же и кроется опасность. Самый простой пример это криптографическое шифрование, например, на алгоритме RSA является относительно надежным на текущий момент. Для того, например, чтобы получить доступ к кредитной карте, нужно разложить на два простых множителя число длиной в сотни цифр (даже для суперкомпьютеров выполнение этой задачи заняло бы в сотни раз больше времени, чем возраст Вселенной), но благодаря квантовым вычислениям этот процесс становится весьма реальным и достаточно простым. Некоторые сторонники крипторынка так же склонны считать, что подобный метод сможет взломать сложную систему криптографических систем построенных на схеме blockchain, несмотря на то, что вся эта мощь децентрализована и находится в разных уголках мира. Не все так страшно поскольку сама идея квантового компьютера привела к идеи метода квантовой криптографии, но на ее внедрение после создание подобного ПК так же потребуется время. Другая опасность такой мощи состоит в том, что все современные системы вооружения, обороны в том числе ядерное оружие и т.д.. так или иначе защищены компьютерными системами и справляются с поставленными задачами. Разработка же квантового ПК может дать возможность обойти все эти системы защиты в считанные дни, часы или даже минуты. Таким образом создание квантовых технологий несет в себе как положительные так и отрицательные стороны.

В действительности, о реальном создании первого или даже первых квантовых компьютерах мы навряд ли что-то узнаем. Причина весьма банальна и уже имела место в истории, вспомним например взлом британской разведкой во времена второй мировой шифровальной машины немцев “Энигма” и последующим созданием подразделения “Ультра” которое невзирая на всю имеющуюся информацию получаемую о планах немцев так и не стала афишировать эти знания, дабы противник не догадался о то, что его секреты стали доступны противостоящей стороне. Так же и с квантовым ПК, имея такую мощь, наврядли так или иная сторона захочет заявить об этом, ведь это по сути супероружие, козырный туз припрятанный в рукаве, который может быть эффективен лишь если о нем никто не знает. Но так или иначе мир движется в данном направлении, так к примеру совсем недавно 8 января 2019г. компания IBM объявила о создании первого квантового компьютера для коммерческого использования с 20-кубитовой системой. Как ни странно этот компьютер как и его прародители занимает размер небольшой комнаты. Но не смотря на то, что сама компания заявляет, что изобретение действительно является первой универсальной системой для квантовых вычислений, эксперты считают, что у него есть ряд проблем с использованием в коммерческих целях. Что действительно привлекло внимание многих знающих людей так это система охлаждения которую IBM использует в своем ПК.

Квантовые ПК: угроза или светлое будущее?
Квантовый ПК от IBM

Ну а пока будем ждать и наблюдать за развитием данной технологии. Первой точкой во времени на которую стоит обратить внимание это 2027г. именно этот год эксперты теории квантовых вычислений и крипто энтузиасты назвали годом когда квантовый компьютер сможет взломать blockchain.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *