В будущем, возможно, все смогут использовать квантовые компьютеры

Перевод статьи с singularityhub.com.

Канал cgit_vines потготовил этот перевод для вас, мы есть в vk и telegram. Игры, графика и нейросети.

Компьютеры когда-то считались продуктом высоких технологий, доступным только ученым и узким специалистам. Но произошел сейсмический сдвиг в истории вычислений во второй половине 1970-х годов. Дело не в том, что машины стали намного меньше и мощнее - хотя, конечно, они стали - а в том, кто будет использовать компьютеры и где: они стали доступны каждому для использования дома.

Сегодня квантовые вычисления находятся в зачаточном состоянии. Квантовые вычисления включают в себя некоторые из самых ошеломляющих концепций физики 20-го века. В США Google, IBM и NASA экспериментируют и создают первые квантовые компьютеры. Китай также активно инвестирует в квантовые технологии.

Как автор «Квантовых вычислений для всех», опубликованного в марте, я полагаю, что аналогичный сдвиг произойдет в направлении квантовых вычислений, когда энтузиасты смогут играть с квантовыми компьютерами из своих домов. Этот сдвиг произойдет гораздо раньше, чем думает большинство людей.

Первые современные компьютеры были собраны в 1950-х годах. Они были большими, часто ненадежными и по сегодняшним меркам не особо мощными. Они были предназначены для решения больших задач, таких как разработка первой водородной бомбы. Было общее понимание, что компьютеры будут нужны для подобных вещей и что много миру не понадобится.

Конечно, это мнение оказалось совершенно неверным.

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 любому программировать. В результате программирование перестало быть прерогативой исключительно высококвалифицированных ученых. Теперь любой мог научиться программировать, если бы захотел. Этот сдвиг в вычислительной технике продолжился, когда в конце 1970-х появились первые домашние компьютеры. Любители теперь могли купить свой собственный компьютер и программировать его дома. Родители и дети могли учиться вместе. Эти первые компьютеры были не очень мощными, позволяли делать ограниченное количество вещей, но они были тепло встречены пользователями.

По мере того, как люди играли со своими машинами, они осознавали, что им нужно больше возможностей и больше мощности. Основатели Microsoft и Apple поняли, что у домашнего компьютера большое будущее.

Почти у каждого американца сейчас есть 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 активностей не существовал в 1950-х годах. Никто в то время не знал, что они хотят или нуждаются в них. Именно наличие нового инструмента, компьютера, привело к развитию этих активностей.

Классические вычисления, такие как те, что управляют вашим домашним компьютером, основаны на вычислениях людей. Все вычисления разбиваются на их основные части: двоичные цифры 0 и 1. В настоящее время наши компьютеры используют биты - комбинированное слово из ‘двоичных цифр’ (bits = binary digits) - потому что их легко применять с помощью переключателей, которые находятся либо в положении «включено», либо «выключено».

Квантовые вычисления основаны на том, как вычисляет вселенная. Они содержат все классические вычисления, но также включают в себя пару новых концепций, пришедших из квантовой физики.

Вместо битов классического вычисления у квантового вычисления - кубиты. Впрочем, результат квантовых вычислений точно такой же, как и при классических вычислениях - некое количество битов.

Разница в том, что во время вычислений компьютер может управлять кубитами в большей мере, нежели чем битами. Он может поместить кубиты в суперпозицию состояний и запутать их.

Как суперпозиция, так и квантовая запутанность являются понятиями квантовой механики, с которыми большинство людей не знакомы. Суперпозиция, грубо говоря, означает, что кубит может быть комбинацией и 0, и 1. Запутанность распределяет корреляцию между кубитами. Когда измеряется один из пары запутанных кубитов, сразу же показывается, какое значение вы получите, когда будете измерять его ‘напарника’. Это то, что Эйнштейн назвал «жутким дальнодействием».

Математика, необходимая для полного описания квантовой механики, ошеломительна, и эти данные необходимы для проектирования и построения квантового компьютера. Но математика, необходимая для понимания квантовых вычислений и начала проектирования квантовых цепей, гораздо меньше: алгебра средней школы по сути является единственным требованием.

Квантовые компьютеры только начинают создаваться. Это большие машины, которые еще ненадежны и не очень мощны.

Для чего они будут использоваться? Квантовые вычисления имеют важное применение 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 побудило к созданию 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 квантовых явлений.

Но я не думаю, что имеет смысл рассуждать о том, что большинство людей будут делать с квантовыми компьютерами через 50 лет. Этим вопросом имеет смысл задаться, когда квантовые вычисления станут чем-то, что каждый сможет использовать из собственного дома.

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 цепи на этом компьютере. Квантовая цепь - это последовательность основных шагов, которые выполняют квантовое вычисление.

Мало того, что квантовый компьютер IBM можно использовать бесплатно, у него простой графический интерфейс. Это небольшая, не очень мощная машина, очень похожая на первые домашние компьютеры, но любители могут начать играть. Сдвиг начался.

Люди вступают в эпоху, когда учиться и экспериментировать с квантовыми вычислениями просто. Как и в случае с первыми домашними компьютерами, может быть неясно, что есть проблемы, которые необходимо решить с помощью квантовых компьютеров, но, по мере того, как люди будут играть с ними, я думаю, они, вероятно, обнаружат, что им нужно больше мощности и больше функций. Это откроет путь для новых применений, которые мы еще себе не представляем.