Квантовый компьютер: революция в электронике

{listtext}Среди изобретений, которые должны изменить мир в ХХI веке, одно из первых мест до недавних пор занимало «гипотетическое вычислительное устройство» под названием «квантовый компьютер». И вот будущее наступило: 13 февраля канадская компания D-Wave провела в Калифорнии презентацию первого в мире процессора, использующего принцип квантовых вычислений.
Разница между квантовыми компьютерами и кремниевыми, как между кремниевыми и деревянными счетами. Компьютер «Орион» D-Wave обладает 16-кубитным процессором, способным обслуживать 65 536 вычислительных потоков в своих квантовых пространствах.
Проще говоря: сегодня появилась возможность создания машины, которая сможет выполнять за считанные часы такие вычисления, но которые у нынешних компьютеров уйдут столетия.
D-Wave между тем уже в 2008 году собирается создать систему в 1 тысячу кубит, что позволит обрабатывать больше потоков данных, чем существует частиц во Вселенной, а доступ программистов для работы с «Орионом» будет открыт уже в этом году.
Основная идея квантового вычисления состоит в том, чтобы хранить данные в ядрах атомов, изменяя их ориентацию. Элементарная ячейка такого компьютера получила название квантовый бит (quantum bit = кубит). В отличие от привычной нам единицы информации – бита (binary digits = bits), который может понимать только два значения или «0» или «1», квантовый бит в соответствии с принципом неопределенности, постулируемым квантовой механикой, может находиться одновременно в состоянии и «0», и «1».
Таким образом, если классическое вычислительное устройство, состоящее из L вычислительных ячеек способно выполнять одновременно L операций, то для квантового устройства размером L кубит количество выполняемых параллельно операций будет равно 2 в степени L.
Теперь небольшое лирическо-технологическое отступление.
Если вы полагаете, что Windows – это та программа, на которую в мире продано наибольшее количество лицензий, то вы жестоко ошибаетесь. Самую распространенную операционную систему опережает скромный продукт фирмы RSA Data Security, Inc. – программа, реализующая алгоритм шифрования с открытым ключом RSA, названный так в честь его авторов – Ривеста, Шамира и Адельмана.
Почему же алгоритм RSA оказался так важен? Дело в том, что для решения проблемы безопасного обмена конфиденциальными сообщениями в 1970-х годах были предложены системы шифрования, использующие два вида ключей для одного и того сообщения: открытый (не требующий хранения в тайне) и закрытый (строго секретный). Открытый ключ служит для шифрования сообщения, а закрытый – для его дешифровки. Вы посылаете вашему корреспонденту открытый ключ, и он шифрует с его помощью свое послание. Все, что может сделать злоумышленник, перехвативший открытый ключ, - это зашифровать им свое письмо и направить его кому-нибудь. Но расшифровать переписку он не сумеет.
Расчеты показывают, что с использованием даже тысячи современных рабочий станций и лучшего из известных на сегодня вычислительных алгоритмов одно 250-значное число может быть разложено на множители примерно за 800 тысяч лет, а 1000-значное – за 10 в 25-й степени (!) лет. (Для сравнения возраст Вселенной равен ~10 в 10 степени лет.)
На этом лирическое отступление в настоящее заканчивается и начинается прогноз на будущее.
Так вот, согласно оценкам, квантовый компьютер с памятью всего около 10 тысяч квантовых битов способен разложить 1000-значное число на простые множители в течение нескольких часов! А это значит, что мы стоим на пороге новой эпохи в области криптографии. Впрочем, криптография – это отдельный частный случай тех грандиозных технологических перемен, которые нас ждут. Уже возможности квантового 16-кубитного процессора позволяют выйти на такие информационные технологии, на фоне которых создание интегральной микросхемы или Интернета покажется лишь эпизодом.
D-Wave Systems смогла решить ряд серьезных проблем: а именно – нашла способ реализации кубитов (проще говоря, определила из чего их делать – используются сверхпроводящие материалы на основе ниобия), определила физический механизм взаимодействия между кубитами и нашла способ селективного управления кубитами и измерения их квантового состояния на выходе системы. Ее квантовый компьютер успешно справился с тремя предложенными задачами – поиском молекулярной структуры, соответствующей конкретной молекуле-мишени, составлением сложного плана размещения гостей за столом и решением головоломки Судоку. Скромненько, скажете? Попробуйте решить эти задачи за приемлемое время на обычной машине.
Так что лиха беда начало!