Научная революция пока откладывается: проблемы на уровне технологий

 

Сейчас ни одна фундаментальная проблема не стоит перед физикой так остро, как квантовый компьютер. До сих пор никто до конца не может оценить степень сложности этой проблемы. Квантовый компьютер — это совершенно непривычная человеку система организации вычислений. Современный "традиционный" компьютер работает по принципу программного управления. То есть для вычисления задачи кто–то сперва должен написать ему программу. Это кардинально отличается от того, как вычисления происходят в нашем мозге или в природе. У человека в голове нет программы как таковой, потому что мозг сам по себе является программой. То же самое с квантовым компьютером — это некое устройство, вычисляющее само себя.
Возникают проблемы на уровне технологий: мы не знаем, как квантовыми процессами управлять. Например, для того, чтобы удержать термоядерную плазму, нужно разогреть ее до 6000°C, но ни один материал такую температуру не выдержит. То же самое в обратную сторону происходит с квантовыми вычислениями. Чтобы удержать квант в контролируемом состоянии, его надо охладить почти до нуля градусов Кельвина (–273°C). По сути, такой компьютер превращается в огромный холодильник, с которым нужно уметь обращаться. Вот в этом и заключается огромная проблема. Если удастся создать материал, при помощи которого мы смогли бы управлять квантовыми процессами, то это будет колоссальным прорывом в технологии. Думаю, это произойдет в ближайшие 2 года. Но пока значимых для коммерческого использования квантовых алгоритмов практически не сделано.
Препятствует прогрессу наше наивное понимание природы, между тем природа хитрее нас в несколько раз. Так, например, видимая материя, которую мы называем физическими объектами, составляет всего 4% от всей материи в окружающем нас пространстве. Остальная материя — гравитирующая, но не светящаяся. И, поскольку мы ее не видим, мы не осознаем, как она устроена. Аналогичная история происходит с квантами: особенность кванта в том, что у него нет одного заранее предусмотренного состояния. Он может находится во всех разных состояниях одновременно, в том числе невидимых для человеческого глаза. Поэтому мы не можем до конца описать эффект квантовой суперпозиции. А раз не можем его описать, то не можем и спрограммировать, и уж тем более использовать для своих вычислительных задач. На шкале уровня готовности технологий (technology readiness level) от 1 до 9 квантовый компьютер находится где–то между 1–м и 2–м уровнями, то есть мы не дошли даже до макетного прототипа суперкомпьютера. Разработчикам нужно выйти хотя бы на третий уровень, то есть создать опытный образец, и тогда уже можно говорить о промышленном масштабировании системы.
Владимир Заборовский, директор Института компьютерных наук и технологий СПбПУ