Квантовые
компьютеры, разработка которых весьма интенсивно ведется в последнее
время, еще не скоро войдут в широкое употребление, этот момент от
настоящего отделяют еще десятки лет. Несмотря на это, некоторые группы
ученых-теоретиков уже сейчас разрабатывают алгоритмы и программы,
которые могут быть выполнены только квантовыми компьютерами. И одним из
таких алгоритмов является алгоритм, моделирующий все возможные
взаимодействия и эффекты, происходящие при столкновении двух
элементарных частиц, то, для чего в настоящее время применяются огромные
и невероятно дорогостоящие ускорители частиц, например, Большой
адронный коллайдер (БАК). Создание реальных квантовых компьютеров
предполагает наличие в распоряжении людей технологий, которые пока еще
не разработаны или находятся в стадии научных экспериментов. Но
квантовые компьютеры, которые рано или поздно все-таки появятся, смогут
обеспечить такой уровень вычислительной мощности, до которого очень
далеко даже самым могучим современным суперкомпьютерам. Основой
работы квантовых компьютеров будут кубиты (квантовые биты) их
процессора, которые будут работать с помощью законов квантовой механики,
которые, в свою очередь, определяют поведение субатомных частиц. Эти
законы позволят кубитам находиться одновременно в нескольких квантовых
состояниях, что позволит с их помощью просчитывать сразу все возможные
решения задачи. Эта способность, недоступная для традиционных
компьютеров, позволит квантовым компьютерам быстро и эффективно решать
ресурсоемкие вычислительные задачи, такие как взлом криптоустойчивых
шифров и расчет невероятно сложных математических моделей. «У нас
имеется теоретическая модель будущего квантового компьютера. Зная ее, мы
уже сейчас можем составить математическую модель, описывающую наиболее
сложные процессы, происходящие в природе, которая будет рассчитываться
только на квантовом компьютере с максимальной эффективностью, —
рассказывает Стивен Джордан, ученый-теоретик и подразделения прикладной и
вычислительной математики Национального Института Стандартов и
Технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST). —
Прямо сейчас мы уже можем создать математические модели столкновений
частиц, модель процессов Большого Взрыва и зарождения Вселенной. Но
выполнить их расчеты и узнать то, что можно ожидать в дальнейшем, мы
сможем только после создания настоящих квантовых компьютеров». Используя
теоретическую модель квантового компьютера, ученые создали алгоритм,
который будет выполняться на любом будущем квантовом компьютере,
независимо от его архитектуры и реализации. Универсальность алгоритма
заключается в возможности создания модели ситуации столкновений и
взаимодействий ядер большого количества химических элементов. Не трудно
догадаться, что такое просто невозможно с использованием технологий,
которыми владеет человечество в настоящее время. Для того, чтобы
реализовать такое на обычных компьютерах, потребовался бы компьютер с
бесконечно большим объемом оперативной памяти, но ученые, разработавшие
квантовый алгоритм, описали информацию в виде квантовых состояний
множества квантовых битов, что позволило «вписать» поставленную задачу в
разумные рамки. «Математическое моделирование обладает рядом
привлекательных возможностей. Вам не составит никакого труда увеличить
сложность задачи, к примеру, увеличив энергию частиц и столкновений, то,
для чего на Большом адронном коллайдере вскоре будет затеяна
дорогостоящая модернизация. Используя разработанные нами методы
предоставления информации и математических расчетов, можно будет
создавать любые математические модели, вписывающиеся в законы
Стандартной физической модели. Это означает, что квантовые компьютеры
смогут сделать ненужными ускорители частиц и другие дорогостоящие
научные инструменты и установки». |