На языке какой страны дадут название «квантовому вычислителю»

0
25

Ежедневно пользуясь телефонами и компьютерами, постоянно ощущая комфорт автоматизации, мы уже не задумываемся, что совсем недавно привычная техника казалась нам чудом. Только ученые, обладая предвидением, своим интеллектом и упорством обеспечили нам современные условия и готовят новые интересные свершения. Люди науки знают, подлинные чудеса происходят не на киноэкранах, реальная фантастика делается не в павильонах Голливуда — это кропотливый труд в лабораториях, на кафедрах, на полигонах.
Понятие «нанотехнологии» для большинства людей пока воспринимается абстрактно, как и ядерные технологии в 30-е годы прошлого века. Однако реальность успешного освоения микромира уже ощущается. Правительство четко поставило задачу «формирования научно-технологического потенциала, адекватного современным вызовам мирового технологического развития».
Наиболее перспективным направлением этой отрасли являются исследования и разработки в области квантовой информатики. Появление этого направления кибернетики дает возможность исключительно быстро выполнять многовариантные специфические задачи, позволит решить многие проблемы безопасности, приблизит создание искусственного интеллекта. Эффективнее станут решения задач по созданию суперматериалов и машин, составлению прогноза климатических изменений, улучшению онкологических препаратов, моделированию процессов в нефтехимии, исследованиям в геодезии, биологии, обработке сигналов из Вселенной и другие, требующие сейчас огромных вычислительных ресурсов и экономических затрат. В первую очередь, применение квантовой криптографии важно для обеспечения конфиденциальности, надежности, защиты от взлома криптографических кодов, широко использующихся в финансовых организациях.
Появилась необходимость в изменении архитектуры компьютерной техники. По заявлению физиков Пенсильванского университета через 4 года кремниевые микросхемы достигнут своего предела, миниатюризировать элемент, оставаясь в рамках классических законов физики, будет нельзя. Лидирующий производитель процессоров Intel остановился на 30 нанометрах. Квантовая же информатика предусматривает использование процессов в масштабе менее 10 нанометров (уровень молекулы сахара примерно в1000 раз меньше кубика, который мы кладем в чай). Получается, что будут задействованы не транзисторы, а непосредственно элементарные частицы, которые живут по своим законам микромира, соответственно, алгоритмы там иные. Но и возможности появляются невероятные! Если сейчас при вычислениях обрабатывают 1 073 741 824 (2 в степени 30) переменных и измеряют память терабайтами (1000 Тб равно 1 099 511 627 776 000 байт), то квантовые процессы с использованием кубитов оперируют такими числами, как 2 в степени 1000 (больше числа частиц во Вселенной). Для сравнения: 2 в степени 200 превосходит 1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000.
Со времен первых ЭВМ общепринято понятие бита (носителя информации) только с двумя возможностями: 0 или 1 (либо «да», либо «нет»). Если наблюдать за подброшенной монетой, видно, что она одновременно является и «орлом», и «решкой» — таким состоянием и оперирует кубит (квантовый бит), т.е. допускает принятие двух значений одновременно. Эта возможность позволит максимально распараллеливать вычисления.
В нашей республике этим направлением успешно занимается Научно-исследовательский центр АН РТ — КГУ «Квантовая информатика». Основателем и руководителем исследований является Фарид Мансурович Аблаев, доктор физико-математических наук, профессор, член-корреспондент Академии наук РТ, завкафедрой теоретической кибернетики КГУ. В конце 80-х пришла пора объединения квантовой физики и математической кибернетики, возникла теория квантовых вычислений. И тогда была сформирована группа единомышленников, имевших опыт исследований и немалый багаж наработок. Они быстро смогли включиться в работу, и уже в 2000 году были достигнуты первые результаты, определена квантовая модель ветвящейся программы. Позже к этому пришли немецкие специалисты из Дортмунда, и программисты других институтов начали изучение ее вычислительных возможностей. Сейчас в центре работают молодые талантливые ученые, темы их диссертаций позволили рассмотреть процесс моделирования с разных сторон. Совместно с физиками подбираются адекватные модели, разрабатываются математические основы элементной базы. С ними приходится искать общий язык, поскольку представители естественных и точных наук имеют свое видение и понимание одних и тех же явлений. Движущий костяк исследовательской группы составляют: Аида Гайнутдинова — в работе со дня основания направления, одна из первых в России выполнила диссертацию по квантовым вычислениям; Айрат Хасьянов — грамотный целеустремленный специалист, диссертацию защитил в Боннском университете c оценкой Magna cum laude (с высокой частью), с присвоением степени Dr. Rer. Nat (доктор естествознания) в области информатики, и вернулся на родной факультет; Александр Васильев — подающий надежды молодой исследователь, в его диссертации наработки, полученные ранее в группе квантовой информатики, получили дальнейшее развитие. В данное время деятельность направлена на создание квантовых моделей алгоритмов, разработку математического обеспечения квантовых компьютеров, исследование передачи информации и подготовку квалифицированных специалистов. Молодежь с интересом и охотой подключается к работе.
В научном мире личные встречи, как правило, играют значительную роль. Центр поддерживает регулярные научные контакты с коллегами ведущих исследовательских центров в России и за рубежом (МГУ, Математический институт им. В.А.Стеклова РАН, Физико-технологический институт РАН, Боннский университет, Институт Макса Планка, Рочестерский университет, Институт перспективных исследований Принстона, Федеральный технологический институт в Цюрихе, Университет Турку) и имеет широкое признание. Результаты научных исследований представлены на многих международных конференциях.
Зарубежные ученые уже начали заявлять о своих достижениях. Особенно спешат канадцы. Собрав по «гринкарте» программистов со всего мира и стремясь взять реванш у американцев, попытались в феврале 2007 года показать образец 16-кубитного квантового процессора, способного обслуживать 65536 вычислительных потоков. Однако серьезные научные круги не торопятся признать это готовым решением. Компании ID Quantique и MagiQ Technologies, используя способность квантовой технологии генерировать подлинно случайные числа (в отличии от обычного компьютера), недавно выпустили на рынок свою систему. В Лос-Аламосской национальной лаборатории ведутся исследования по квантовым вычислениям и опыты по фотонной беспроводной передаче ключа шифрования. В соревнование включились IBM, Mitsubishi, Toshiba, Калифорнийский технологический институт, Оксфорд, молодая компания MagiQ. Преимуществом иностранных разработок является совмещение теоретических исследований с практической деятельностью. Компания GAP-Optique при участии Женевского университета сумела передать информацию на расстояние 67 км из Женевы в Лозанну с помощью почти промышленного образца квантовой аппаратуры.
Большое значение имеет поддержка со стороны государства (к примеру, холдинг QinetiQ поддерживается британским министерством обороны) и активное участие коммерческих структур, банков, компьютерных фирм. Важна также организация современных условий работы и создание творческой атмосферы. Например, ученые Инсбрукского университета и Института квантовой информатики проводят эксперименты с ионными кристаллами на собственной базе в Альпах на высоте 2000 м. Практически каждый центр имеет условия для постоянных контактов с коллегами.
Радует, что в Татарстане есть активные, талантливые, конкурентоспособные исследователи, имеется возможность целенаправленно готовить кадры. Можно представить мировому научному сообществу научную элиту Казанского государственного университета, эффективно участвовать в работе мировой инновационной мысли. Необходимо приглашать сюда представителей научных и бизнес-кругов на конференции, деловые встречи, для обмена опытом в лабораториях и производствах. Для создания современных условий нужно понимание со стороны предприятий, банков и других заинтересованных организаций. Будущее IT-рынка у того, кто первым сделает этот квантовый прорыв. Соответственно — и приоритет торговой марки. Даже название этому новому устройству, «квантовому вычислителю» будет на языке той страны, которая первой его выпустит. А имена ученых, которые обеспечили нам компьютерное настоящее и подготовили будущее (Юрий Манин — наш соотечественник, автор идеи квантовых вычислений, фон Нейман – архитектор компьютера, Фейнман – исследователь квантовых процессов, Гейзенберг выдвинул принцип неопределенности и др.), всегда остаются в истории.

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Прокомментируйте
Пожалуйста, введите свое имя