Компьютеры когда-то считались технологиями, доступными только ученым и обученным специалистам.
Но произошел сейсмический сдвиг в истории вычислений во второй половине 1970-х годов. Мало того, что машины стали намного меньше и мощнее.
Они стали доступны каждому для использования в своем собственном доме.
О квантовых вычислениях
Сегодня квантовые вычисления находятся в зачаточном состоянии. Они включают в себя некоторые из самых изнурительных концепций из физики 20-го века. В США Google, IBM и NASA экспериментируют и создают первые квантовые компьютеры. Китай также активно инвестирует в данные технологии.
А вы верите в то, что произойдет аналогичный сдвиг в сторону квантовых вычислений, когда энтузиасты смогут играть с квантовыми компьютерами из своих домов? Это произойдет гораздо раньше, чем думает большинство людей.
Восстание персональных компьютеров
Первые компьютеры были созданы в 1950-х годах. Они были большими, часто ненадежными и, по сегодняшним меркам, не особенно мощными. Они были предназначены для решения глобальных задач, таких как разработка первой водородной бомбы.
В 1964 году Джон Кемени и Томас Курц написали язык BASIC. Их цель состояла в том, чтобы создать простой язык программирования, который был бы легок в изучении и позволил бы использовать его каждому. В результате программирование перестало быть исключительно для высококвалифицированных ученых. Любой мог этому научиться, если бы захотел.
Этот сдвиг в вычислительной технике продолжился, когда первые домашние компьютеры появились в конце 1970-х годов. Любители теперь могли купить свой собственный компьютер и программировать его дома. Родители и дети могли учиться вместе. Эти первые компьютеры были не очень мощными, и вы могли делать с ними ограниченное количество вещей, но они были чрезвычайно восторженно восприняты.
Когда люди играли со своими машинами, они поняли, что им нужно больше возможностей и больше мощности. Основатели Microsoft и Apple поняли, что у домашнего компьютера огромное будущее.
Почти каждый американец теперь имеет ноутбук, планшет или смартфон — или все три. Они проводят много времени в социальных сетях, электронной коммерции и поиске в Интернете.
Ни один из этих видов деятельности не существовал в 1950-х годах. Никто в то время не мог помышлять о таком. Именно доступность нового инструмента, компьютера, привела к их разработке.
Введите квант
Классические вычисления, такие, которые осуществляет компьютер в вашем доме, основаны на вычислениях людей. Машина разбивает все вычисления на их основные части: двоичные цифры 0 и 1. В настоящее время наши компьютеры используют биты из двоичных цифр — потому что их легко реализовать с помощью переключателей, которые находятся либо в положении «включено», либо «выключено».
Квантовое вычисление основано на том, как вычисляет вселенная. Оно содержит все классические вычисления, но также включает в себя несколько новых концепций, пришедших из квантовой физики.
Вместо битов у квантового вычисления есть кубиты. Однако результат квантовых вычислений точно такой же, как и при классических вычислениях: количество битов.
Разница в том, что во время этого процесса компьютер может манипулировать кубитами с помощью битов. Он может поместить кубиты в суперпозицию состояний и запутать их.
Что это означает?
И суперпозиция, и запутанность являются понятиями квантовой механики, с которыми большинство людей не знакомы. Суперпозиция примерно означает, что кубит может быть в комбинации как 0, так и 1. Запутанность означает корреляцию между кубитами. Когда измеряется один из пары запутанных кубитов, это сразу показывает, какое значение вы получите, когда будете измерять его партнера. Это то, что Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии».
Математика, необходимая для полного описания квантовой механики, устрашает, и этот фон необходим для проектирования и построения квантового компьютера. Но математика, необходимая для понимания квантовых вычислений и для начала проектирования квантовых схем, гораздо проще: алгебра средней школы — это, по сути, единственное требование.
Квантовые вычисления и вы
Квантовые компьютеры только начинают создаваться. Это большие машины, которые ненадежные и еще не очень мощные.
Для чего они будут использоваться? Квантовые вычисления имеют важные приложения в криптографии. В 1994 году математик из Массачусетского технологического института Питер Шор показал, что, если квантовые компьютеры будут построены, они смогут сломать современные методы шифрования в Интернете. Это стимулировало создание новых способов шифрования данных, способных противостоять квантовым атакам, открыв эпоху постквантовой криптографии.
Также, похоже, что квантовые вычисления, вероятно, окажут большое влияние на химию. Существуют определенные реакции, которые классическим компьютерам трудно моделировать. Химики надеются, что квантовые компьютеры будут эффективны при моделировании этих явлений.
Но мы не думаем, что имеет смысл рассуждать о том, что большинство людей будут делать с квантовыми компьютерами через 50 лет. Когда квантовые вычисления станут чем-то, что каждый может использовать в своем доме?
Ответ в том, что это уже возможно. В 2016 году IBM добавила небольшой квантовый компьютер в облако. Любой, имеющий подключение к Интернету, может спроектировать и запустить свои собственные квантовые схемы на этом компьютере. Квантовый контур — это последовательность основных шагов, которые выполняют расчет.
Квантовый компьютер IBM не только бесплатен в использовании, но и имеет простой графический интерфейс. Это небольшая, не очень мощная машина, похожая на первые домашние компьютеры, но любители уже могут начать играть. Сдвиг начался.
Заключение
Люди вступают в эпоху, когда учиться и экспериментировать с квантовыми вычислениями просто. Как и в случае с первыми домашними компьютерами, может быть неясно, что существуют проблемы, которые необходимо решить с помощью квантовых компьютеров, но, когда люди играют, я думаю, что они, вероятно, обнаружат, что им нужно больше мощности и больше функций. Это откроет путь для новых приложений, о которых мы еще не догадываемся.
