Сфера квантовых вычислений вновь оказалась в центре внимания благодаря революционному достижению компании D-Wave Quantum Inc. Калифорнийский стартап продемонстрировал, как его квантовый компьютер справился с невероятно сложной научной задачей всего за несколько минут. Для сравнения: даже самый мощный в мире классический суперкомпьютер потратил бы на её решение около миллиона лет. Этот успех может стать отправной точкой для новой эры в технологиях и научных исследованиях.
В чём сложность? Магнитные материалы и пределы классических вычислений
Чтобы понять масштаб прорыва, важно знать принципиальное отличие квантовых компьютеров от традиционных. Обычные компьютеры оперируют битами — единицами информации, которые могут быть либо 0, либо 1. Квантовые же вычисления используют кубиты. Благодаря законам квантовой механики, в частности явлению суперпозиции, кубит может находиться одновременно в состоянии 0 и 1. Это фундаментальное свойство позволяет квантовым машинам обрабатывать гигантские объёмы данных и решать определённые классы задач экспоненциально быстрее.
Идеальным примером такой «неподъёмной» для классических систем задачи является моделирование программируемого спинового стекла. Это особый класс магнитных материалов со сверхсложной внутренней структурой, где частицы взаимодействуют на микроскопическом уровне. Понимание их свойств критически важно для прогресса в полупроводниках, создании сверхчувствительных датчиков и даже в фармацевтике при разработке новых лекарств. Однако симуляция этих квантовых взаимодействий настолько ресурсоёмка, что ставит в тупик даже современные суперкомпьютеры.
Обратите внимание: США делают ставку на квантовые компьютеры.
Именно здесь на помощь приходят квантовые технологии, предлагая принципиально иной подход.Как это работает? Квантовый отжиг от D-Wave
D-Wave использовала компьютер, работающий по принципу квантового отжига. Если упрощённо, этот метод можно представить как поиск самой низкой точки в сложном ландшафте с множеством холмов и впадин (где «высота» — это энергия системы). Компьютер начинает с рассмотрения всех возможных решений задачи одновременно (состояние с высокой энергией), а затем плавно «охлаждает» систему, позволяя ей естественным образом «скатиться» к наиболее стабильному и оптимальному решению — состоянию с минимальной энергией.
Применив эту технологию к задаче о спиновом стекле, инженеры D-Wave получили точный результат за считанные минуты. Для контраста: суперкомпьютеру Frontier из Национальной лаборатории Ок-Ридж, считающемуся сегодня самым быстрым в мире, для выполнения тех же расчётов потребовался бы, по оценкам, миллион лет. Разница во времени выполнения задачи просто ошеломляет.
Значение события: от теории к практическому квантовому превосходству
Данная демонстрация знаменует собой важнейшую веху на пути к так называемому «квантовому превосходству» — моменту, когда квантовый компьютер решает практически значимую задачу быстрее любого классического аналога. В отличие от предыдущих экспериментов, которые часто носили сугубо теоретический или узкоспециализированный характер, работа D-Wave показывает, что квантовые вычисления уже сегодня способны справляться с реальными, чрезвычайно сложными проблемами из области материаловедения, которые ранее считались неразрешимыми.
Будущее уже рядом: где пригодятся квантовые вычисления
Публикация результатов этого прорыва в авторитетном журнале «Science» открывает дорогу к футуристическим применениям. В медицине квантовое моделирование позволит в разы ускорить открытие новых препаратов, точно прогнозируя взаимодействие сложных молекул. В материаловедении это приведёт к созданию принципиально новых полупроводников, сверхэффективных двигателей и аккумуляторов с рекордной ёмкостью.
Однако потенциал технологии выходит далеко за рамки лабораторий. Квантовые компьютеры могут стать ключом к решению глобальных вызовов: они способны оптимизировать энергосистемы целых стран для борьбы с изменением климата или моделировать климатические процессы с невиданной точностью. Кроме того, революционные изменения ожидают сферы искусственного интеллекта, криптографии, логистики и финансового моделирования, где необходимо анализировать колоссальные массивы данных и находить оптимальные решения среди миллионов вариантов.
Читайте все последние новости технологий на New-Science.ruБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Квантовые вычисления регулярно попадают в новости, но на этот раз калифорнийский стартап D-Wave Quantum Inc сделал гигантский шаг вперед.