Дик Боумистер: телепортация - это самое простое...

Вычисления

- Я так много говорил о других вещах, потому что они не только интересны, но уже вполне реализуемы. Квантовые же вычисления пока далеко за пределами наших технических возможностей.

Сегодня разработка практической реализации квантовых вычислений идет по трем основным направлениям: ядерный магнитный резонанс (ЯМР), твердое тело и ионные ловушки.

Самая изученная из этих технологий - ЯМР, где кубитами являются атомные ядра, находящиеся в одной молекуле и общающиеся друг с другом путем спиновых взаимодействий. Из такой молекулы вы можете сделать маленький квантовый компьютер. Собственно, технология ЯМР и есть квантовое вычисление, хотя она известна уже десятки лет и применяется совсем в других целях. Проблема в том, что эта технология вряд ли масштабируема. В принципе можно использовать и очень длинные молекулы, но одновременно работать более чем с десятью спинами очень сложно. А так как исследования квантовых вычислений на основе ЯМР ведутся уже двадцать с лишним лет, здесь трудно ожидать больших скачков.

Твердотельной технологией сейчас занимаются очень многие, в том числе и мы. У нас только что появился новый аспирант, Андрей Бычков из Москвы, с которым мы хотим заняться кубитами на электронах в твердом теле (смотри врезку "О квантовых точках"). На прошлой неделе я был в лаборатории Hitachi в Кембридже, где тоже много работают в этом направлении. Проблема в том, чтобы получить сцепленные электроны в твердом теле - то есть в материале, который любят производители компьютеров. Как только кто-нибудь предложит работающий прототип реализации квантовых вычислений в твердом теле, в квантовом компьютинге начнется взрывное развитие. Думаю, это вполне может произойти в течение ближайших десяти лет.

В ионных ловушках можно в принципе удерживать много ионов. Если загнать в ловушку "строку" из большого числа ионов, возникает их взаимодействие в квантовом режиме. Сейчас пытаются получить сцепленные наборы из нескольких ионов, которые можно будет использовать для простых квантовых вычислений. Пока это удалось для двух ионов. Теоретически можно получить строку из 100-200 ионов (кубитов). Это уже очень много, так как размерность фазового пространства будет 2 в степени количества ионов. Такую систему можно считать настоящим квантовым компьютером.

В твердом теле в принципе возможно то же самое, но на практике в кристалле всегда есть множество неоднородностей, которые портят все дело. Если бы удалось получить идеальный кристалл и охладить его до состояния минимальной энергии (ground state), такая среда была бы очень удобна для создания сцепленных электронов. Но на это потребуется по крайней мере несколько лет.

- Скорее, наоборот. Алгоритм Шора привлекает такое внимание потому, что он обеспечивает быструю факторизацию на квантовом компьютере (КК). Сегодня распространены криптосистемы, основанные на сложности решения задачи факторизации, и с появлением квантового компьютера они потеряют всякий смысл. Но против квантовой криптографии квантовый компьютер не поможет. По крайней мере, сейчас мы так считаем.

Однако если с появлением квантового компьютера быстрое решение задачи факторизации потеряет смысл, то и применять основанные на ней шифры никто не станет. Возникает вопрос: для каких же задач будет использоваться квантовый компьютер? Сейчас кажется, что основное преимущество КК - быстрый поиск в больших базах данных, в частности, в Интернете. Может быть, для этой цели сконструируют "квантовую приставку" к обычному компьютеру.

Пока потенциал квантовых компьютеров оценивается в применении к классическим задачам - задачам обработки классической информации. Но можно сделать следующий шаг и подумать о задачах, которые возникают, если информация хранится в квантовой форме и вам не нужен "классический" ответ. Вероятно, когда появятся квантовые компьютеры, возникнет множество новых задач и научных направлений - как произошло, когда появились первые компьютеры. До этого никто не думал, например, об управлении самолетом с помощью компьютера.

Назад | В начало