Кванты, кубиты
и жажда точности
(редакционное обозрение)
Уже много лет вокруг квантовых компьютеров ходит огромное количество разговоров
в духе «это изменит мир, это технологический прогресс». Но время идёт,
новости о квантовых компьютерах периодически выходят в свет, а мир всё
никак не переворачивается. В чём же дело? А дело в том, что квантовые компьютеры
не дают тех «точных» ответов, к которым люди привыкали со времён, по крайней
мере, Декарта, а, может быть, и ещё раньше. Если говорить предельно просто,
суть квантовых компьютеров заключается в том, что его состояние одновременно
и «вкл», и «выкл», и все другие возможные. Элементарная единица информации
в классическом компьютере называется бит. В квантовых устройствах – это
квантовый бит, сокращённо кубит. Это явление называется квантовой суперпозицией
и иллюстрируется знаменитым мысленным экспериментом Шрёдингера с котом.
Но двумя состояниями кота Шрёдингера дело не ограничивается: принцип суперпозиции
состоит в том, что если квантово-механическая система может находиться
в каких-то состояниях, то она может находиться и в любой суперпозиции этих
состояний. То есть, если представить себе привычный двоичный переключатель
нуль-единица как отрезок прямой, у которого имеют значение только крайние
точки, то кубит – это сфера, нуль и единица – её полюса, но при этом существуют
и имеют значение и все остальные точки на поверхности сферы, другие возможные
состояния. Иными словами, для квантовых алгоритмов открываются возможности,
которые для бинарных систем просто не существуют. Важно, что при измерении
состояния кубита мы получаем не оттенки значений, а снова двоичный код:
да и нет, нуль и единица. А квантовый алгоритм – это всё посередине между
моментом инициализации начального состояния системы и измерением её конечного
состояния.
Считается, что квантовый компьютер может колоссальным образом ускорить
расчёты. Между тем, взрывного прогресса в этой области пока нет. И здесь
суть не только в новизне самого квантового компьютера. Дело ещё и в восприятии
результатов его работы «потребителями», то есть представителями так называемых
«точных наук». Ведь всё, происходящее в квантовом мире, вероятностно: есть
объективная вероятность получить некоторое значение, но нельзя гарантировать,
какое именно значение будет получено, оно будет из пространства возможностей.
Если эти вычисления многократно повторить, получится некоторое в статистическом
смысле устойчивое значение, и тогда его можно будет взять за истинное.
Да, это выглядит ненадёжно. Потому что усреднение не учитывает новые данные,
появившиеся за время обсчёта этого усреднения. Поэтому квантовый компьютер
– это некий прототип аналогового не цифрового вычислителя, который доставляет
ответы, но сами ответы носят вероятностный характер. Следует понимать,
что событие может быть состоявшимся и не состоявшимся: это объективное
свойство реальности.
Вся наша физика построена на состоявшемся. Но реальность включает и то,
что ещё не состоялось – это главное отличие нашего мышления от физического
процесса... И квантовых компьютеров от уже привычных! Поэтому самая горячая
тема сейчас – квантовые вычисления. Но здесь сменой «железа» обойтись не
получится! Да, вычисления идут с немыслимыми скоростями! Но основаны они
на другом, довольно загадочном принципе!... А самая загадочная часть реальности
– наше сознание. Вполне возможно, что основная преграда – именно наша привычка
к точности. Хотя все представители точных наук со студенческих лет знают
о принципе неопределённости, умеют считать погрешности и постоянно «мордой
об стол» с этими погрешностями встречаются, привычка считать всё «штуками»
очень сильна. А тут вдруг в качестве ответа нам сообщают, что 3 больше
2, но меньше 4!
Между тем со всех сторон мы окружены иррациональностями, хотим мы того
или нет. Более того, истинно прямым может быть только луч света очень далеко
от всяких тяготеющих масс, все прочие линии составлены из всевозможных
кривых, то есть содержат в себе иррациональное «пи», а все
прогрессы и регрессы базируются на «е», тоже всюду влезающем
и тоже иррациональном. Самое же существенное в том, что в своей повседневной
жизни мы ведём себя так же, как квантовый компьютер, то есть используем
интервалы.
Резюмируя изложенное, следует признать, что главным барьером использования
нами квантовых компьютеров служит наше сознание, воспитанное на дискретности
и кажущейся точности. И первопроходцами на этом пути должны стать математики
с их «квадратурой круга» и теорией вероятности и физики, осознавшие сущность
теории погрешностей, так как квантовый компьютер заключается в очень простом
применении этой сущности.
В
оглавление